BRPI0715424A2 - mÉtodo e equipamento para reduzir material metalÍfero a um produto de reduÇço - Google Patents

Abstract

MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA REDUZIR MATERIAL METALÍFERO A UM PRODUTO DE REDUÇçO. A presente invenção refere-se a um método para reduzir material metalífeto a um produto de redução. A invenção também refere-se a um aparelho para reduzir um material metalífero a um produto de redução.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA REDUZIR MATERIAL METALÍFERO A UM PRO- DUTO DE REDUÇÃO".

A presente invenção refere-se a um método para reduzir materi- al metalífero a um produto de redução. A invenção também se refere a um equipamento para reduzir material metalífero a um produto de redução.

A redução de material metalífero, tais como compostos metal- oxigênio, metal-óxidos, tais como, por exemplo, óxidos de ferro, foi executa- da em fornos de redução de grande escala. Para a redução de compostos ferro-oxigênio, o alto-forno tem sido o burro de carga para a produção de ferro gusa a partir de material metalífero tal como compostos ferro-oxigênio ou minério de ferro por mais de um século. O principal agente redutor e fonte de energia nesses altos- fornos tem sido o coque.

O coque é produzido queimando-se o carvão na ausência de o- xigênio para remover os hidrocarbonetos voláteis e para dar ao coque as propriedades críticas para operação estável do alto-forno. A produção de coque é problemática de uma perspectiva ambiental uma vez que muitos dos hidrocarbonetos voláteis são perigosos. Também nem todos os tipos de carvão são adequados para a produção de coque. Além disso, diminuiu a demanda para os subprodutos da produção de coque. Portanto, a diminui- ção do consumo de coque e de consumo total de combustível do alto-forno tem sido o foco principal de desenvolvimentos recentes. A injeção de carvão diretamente no alto forno é um desses desenvolvimentos. Também novas tecnologias para driblar o processo de alto-forno, tal como redução direta do minério de ferro, foram desenvolvidas.

A redução direta envolve a produção de ferro pela redução do minério de ferro com um agente redutor, que pode ser um agente redutor sólido ou um agente redutor gasoso, a temperaturas abaixo do ponto de fu- são do ferro. Os agentes de redução sólidos podem ser carvões de quais- quer tamanhos, ao invés do coque. Exemplos de agentes redutores gasosos são gás natural, hidrogênio e monóxido de carbono (CO).

A redução direta do minério de ferro pode produzir um produto de redução final na forma de ferro de redução direta sólido ou, em combina- ção com um equipamento de fundição, um produto líquido. O produto de re- dução final de um processo de redução direta pode ser descarregado em um segundo reator para a fundição e, opcionalmente, também o refino, ou res- friado e armazenado para uso posterior.

No momento, a poeira e a borra de uma usina siderúrgica são recicladas como matéria prima no estágio de preparação do ferro. Esses resíduos, freqüentemente referidos como "finos", podem conter compostos contendo ferro tais como óxidos de ferro. Entretanto, devido ao teor de me- tais tais como zinco ou compostos de zinco nesses finos, a acumulação de tais elementos, e as limitações da quantidade desses metais para carregar em um alto-forno, esses materiais de resíduo têm, freqüentemente, que ser reciclados em outra forma ou descartados, resultando em custos adicionais ou sobrecarga do ambiente. Da W02005/116273 é conhecido um processo para redução de

minério de ferro à base do fornecimento de um material carbonáceo sólido tal como carvão e um gás contendo oxigênio em um leito fluidizado em um primeiro recipiente e gerando calor, convertendo o carvão em char, e des- carregando uma corrente de gás quente contendo CO formado pela oxida- ção parcial do char. O CO, o char e as inevitáveis partículas sólidas rema- nescentes (tais como cinzas) são então levados a um segundo recipiente onde material metalífero é pelo menos parcialmente reduzido. O produto só- lido de redução contendo finos de minério de ferro pelo menos parcialmente reduzido pode ser processado como requerido, por exemplo, em um leito fluidizado para uma segunda etapa de redução para alcançar um grau mais alto de redução. Como resultado das altas temperaturas de processo de pelo menos 900°C os finos de minério de ferro têm uma tendência de formar a- gregações e aglomerados. O comportamento de aderência é controlado for- mando-se quantidades em excesso de char no primeiro recipiente. Uma ou- tra desvantagem é o desenvolvimento de grandes volumes de hidrocarbone- tos complexos e perigosos. A condensação desses hidrocarbonetos deve ser evitada, o que requer a remoção ou a posterior combustão dos gases exalados enquanto a re-oxidação do metal deve ser evitada. Também devido às altas temperaturas de operação e as conseqüentes perdas de calor, a eficiência da energia dos processos de redução direta é geralmente insufici- ente resultando em uma alta taxa de consumo de carbono. As altas tempera- turas de operação também resultam na formação de quantidade significati- vas de compostos nocivos nitrogênio-oxigênio (gases NOx) ou, em uma at- mosfera redutora, compostos do tipo amônia. Além disso, tecnologias de redução direta com base no uso direto de carvão têm que tratar com níveis maiores de enxofre devido à presença do enxofre no carvão. A US 3.788.835 descreve um processo de redução de minério

de ferro onde a porção principal da redução é efetuada com um redutor ga- soso, por exemplo, metano, que dissocia em hidrogênio e CO a uma alta temperatura. A redução do minério de ferro pelo redutor gasoso é executada até uma metalização de cerca de 85 a 90% ser alcançada. Na zona onde a porção principal da metalização é alcançada, o carbono é depositado no mi- nério enquanto o minério está sendo reduzido. Após ter alcançado o grau de metalização de cerca de 85 a 90%, o carbono depositado é subseqüente- mente deixado interagir com quaisquer óxidos remanescentes em uma etapa inerte separada resultando em um aumento de metalização e entre 0,5 e 2,5%.

A EP 1 568 793 descreve um método para reduzir compostos metal-oxigênio em uma reação de redução na qual o carbono é usado para reduzir os compostos metal-oxigênio onde um metal age como um catalisa- dor para a reação de redução. A EP 1 568 793 descreve tipos de reatores para executar o método envolvendo um expelidor tipo parafuso como meio de transporte para os reagentes sólidos.

É um objetivo da invenção fornecer um método e um equipa- mento para redução direta de material metalífero usando carbono sólido co- mo redutor.

É também um objetivo da invenção fornecer um método e um

equipamento para redução de compostos metal-oxigênio que possam operar a temperaturas relativamente baixas para aumentar a eficiência de energia e/ou para produzir menores volumes de gases expelidos nocivos tais como, por exemplo, hidrocarbonetos e/ou gases Nox.

É também um objetivo da invenção fornecer um método e um equipamento para redução de compostos metal-oxigênio, que pode resultar em uma eficiência aumentada de carbono por unidade de peso do metal re- duzido.

Para alcançar um ou mais desses objetivos é fornecido um mé- todo de redução de material metalífero até um produto de redução, o método compreendendo as etapas de: - fornecer uma fase gasosa compreendendo CO gasoso pela

gaseificação de um composto contendo carbono usando-se um fluxo de gás contendo oxigênio;

- fornecer o material metalífero em uma câmara de reação de um reator de leito fluidizado;

- fornecer o mencionado CO gasoso na câmara de reação do

reator de leito fluidizado e converter o CO gasoso em carbono sólido e dióxi- do de carbono gasoso, fazendo o carbono sólido precipitar no material meta- lífero e/ou no produto de redução.

- reduzir pelo menos parcialmente o material metalífero pelo carbono sólido até o produto a reação usando portanto o material metalífero

e/ou o produto de reação como promotor da conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso;

- descarregar o produto de redução final da câmara de reação,

onde o produto final da reação é também reduzido em um reator

de etapa final até um grau de maior metalização por uma reação substanci- almente sólido-sólido entre o carbono sólido e uma porção incompletamente reduzida do produto de redução.

O carbono sólido é referido como carbono Boudouard e tem tipi- camente a estrutura cristalina do grafite com uma razão superfície-para- volume muito alta. Para clareza é notado que qualquer outra forma de com- posto carbonáceo, tal como carvão ou carvão vegetal, não é considerada como sendo carbono sólido no contexto desta descrição, mesmo que o teor de carbono desses compostos sólidos seja muito alto. O CO pode ser CO substancialmente puro, mas ele pode também ser parte de uma mistura ga- sosa compreendendo CO. O carbono sólido é gerado pela dissociação de monóxido de carbono pela reação Boudouard.

2C0 C + CO2

A reação, que é uma reação de equilíbrio, é deslocada para o lado direito sob as condições corretas tais como temperatura e pressão, de forma que o carbono é formado. Além disso, foi descoberto que o material metalífero ou o produto da redução também promove a formação de carbono sólido pela reação de Boudouard. É enfatizado que o produto da redução no contexto dessa invenção não é um produto com um grau definido de redu- ção, mas é usado para exprimir qualquer estado de redução entre o estado de redução do material metalífero, que tem o grau de redução de zero, e o produto de redução final, que tem um grau desejado de redução. Isso signifi- ca que durante o processo conforme a invenção, produtos de redução de diferentes graus de redução coexistirão. O grau de redução do produto de redução final é, portanto, o grau médio de redução das várias frações de produto de redução fazendo o produto de redução final. O grau de metaliza- ção de um produto de redução no caso de redução de minério de ferro (co- mo um exemplo não-limitativo) como material metalífero de partida é definido como a razão entre o número de átomos de ferro no carboneto de ferro e no ferro metálico sobre o número total de átomos de ferro no produto de redu- ção. A razão entre o ferro metálico e o carboneto de ferro depende das con- dições de processo na câmara de reação. Acredita-se que a redução do material metalífero pode envolver

a existência de um carboneto meta-estável. O carbono sólido ou o carbono Boudouard pode reagir com o material metalífero resultando em um carbo- neto meta-estável, carboneto esse que no fim das contas se desintegra no metal do material metalífero e dióxido de carbono. Então, no contexto dessa invenção, o carbono sólido inclui o carbono de Boudouard e carboneto metá- lico meta-estável. Esse processo é representado esquematicamente e sim- plificado pelas seguintes reações: MeO + 2C0 MeC + CO2

MeC Me + C

Quanto às condições adequadas na câmara de reação, é consi- derado dentro das capacidades da pessoa perita na técnica selecionar essas condições adequadas. É sabido que pequenas quantidades de hidrogênio promovem a formação de carbono sólido e dióxido de carbono a partir de CO pela reação de Boudouard. No caso de se usar Co2 puro, pequenas quantidades de hidrogênio podem assim ser adicionadas ao CO. Na inven- ção, tipicamente mais de 50%, preferivelmente mais de 70%, mais preferi- velmente mais de 80%, e ainda mais preferivelmente mais de 90% do oxigê- nio dos compostos metal-oxigênio são ligados ao carbono sólido depositado após a redução final no reator da etapa final. Se a mistura gasosa compre- endendo CO é produzida, por exemplo, pela gaseificação do carvão, a mis- tura gasosa pode também compreender hidrogênio. Preferivelmente a quantidade de hidrogênio está abaixo de 40%

em volume, preferivelmente abaixo de 30% em volume, no caso de oxigênio tecnicamente puro ser usado como fluxo de gás contendo oxigênio no gasei- ficador, e preferivelmente abaixo de 8% em volume, mais preferivelmente abaixo de 6% em volume no caso de o ar ser usado como fluxo de gás con- tendo oxigênio no gaseificador. O hidrogênio não desempenha um papel importante na redução dos compostos metal-oxigênio devido às condições operacionais escolhidas.

Preferivelmente todo o processo de gaseificação, redução e re- dução final é executado a uma pressão super-atmosférica. Os inventores descobriram que uma sobrepressão de pelo menos 3 bar(g), e preferivel- mente de cerca de 5 bar(g), é desejável. Devido à perda de pressão sobre o processo, o gaseificador pode ser operado a uma pressão de 8 bar(g) para garantir uma sobrepressão de 5 bar(g) no FB (leito fluidizado). Isto permite que recipientes de reatores menores sejam usados, e pode ter um efeito be- néfico nas condições do processo nos recipientes. É notado que é também possível operar apenas a gaseificação e a redução a uma pressão super- atmosférica e a redução final a uma pressão muito menor, preferivelmente pressão sub-atmosférica, mas isso resulta em uma etapa de final de reator significativamente maior, e assim em um maior capital e maiores custos ope- racionais.

Deve ser notado que no método conforme a invenção é essen- ciai que o carbono, que é formado a partir do CO gasoso na câmara de rea- ção, seja levado à câmara de reação na forma gasosa e convertido em car- bono sólido na câmara de reação pela reação Boudouard. A invenção pode, portanto, ser caracterizada pela ausência de qualquer adição de carbono na forma sólida à câmara de reação a menos que o carbono sólido tenha pas- sado através do estado gasoso como óxido de carbono, e precipitado na câmara de reação, preferivelmente em material metalífero ou no produto da reação formado pela redução do material metalífero, opcionalmente através de uma forma de carboneto do metal do material metalífero, ou no carbono já precipitado, pela reação Boudouard. É notado que durante a partida da reação, pode ainda não haver qualquer produto de redução presente. Este somente estará presente após ter ocorrido alguma redução do material me- talífero. O produto de redução pré-reduzido pode também ser adicionado para simular uma partida mais rápida do processo.

A formação de carbono sólido a partir de monóxido de carbono é uma reação exotérmica sob as condições da câmara de reação. A energia que é liberada por essa reação exotérmica pode ser vantajosamente aplica- da na reação de redução na câmara de reação do material metalífero pelo carbono sólido para produção do produto de reação.

O uso de um leito fluidizado é crucial devido aos altos coeficien- tes de transferência de calor e massa que podem ser obtidos, devido à alta razão de área-para-volume da superfície das partículas. Uma vez que no método conforme a invenção os reagentes são trazidos muito próximos uns dos outros, e são muito reativos, e a formação de um dos reagentes, isto é, o carbono sólido, é exotérmica, as condições no leito fluidizado são ótimas para a redução da partícula de material metalífero. É claro que o material metalífero deve também ser de uma certa morfologia para permitir a fluidiza- ção. O tamanho máximo de partícula do material metalífero que pode ainda ser acomodado depende do projeto e dos parâmetros operacionais do leito fluidizado.

O método conforme a invenção tem a vantagem de que o car- bono sólido necessário para a redução do material metalífero é formado in situ, de uma forma muito reativa e por uma reação exotérmica. Isto evita a introdução de material contendo carbono sólido de uma natureza menos rea- tiva, ou mesmo uma natureza perturbadora, na câmara de reação, ou de material que não contribua para a redução, tal como cinza. Essa natureza perturbadora pode se manifestar na poluição do produto da redução, por exemplo, pelo enxofre, em uma perturbação da reação de redução do mate- rial metalífero pelo carbono sólido ou possivelmente em uma perturbação da formação do carbono sólido. Uma vez que os materiais metalíferos são for- necidos em uma câmara de reação de um leito fluidizado, e o carbono sólido se precipita do monóxido de carbono gasoso na câmara de reação, preferi- velmente diretamente no material metalífero ou no produto da redução, não há perigo de formação de agregações e aglomerados.

Em uma configuração da invenção o produto final da redução após descarga da câmara de reação do reator do leito fluidizado tem um grau de redução de pelo menos 50%. Essa quantidade fornece um bom pon- to de partida para a redução no reator da etapa final.

Em uma configuração a redução no reator da etapa final ocorre em uma atmosfera não-inerte. A atmosfera não-inerte é importante para criar as condições reativas próprias para o produto da redução final a ser reduzi- do no reator da etapa final até o grau desejado de redução ou metalização no fim do processo. Em uma configuração um fluxo de gás quente compre- endendo CO gasoso é alimentado em um reator da etapa final. Foi desco- berto que a introdução de um gás quente compreendendo CO gasoso, por exemplo, originado do gaseificador, ou um gás de processo reciclado, resul- tou nas condições reativas adequadas no reator da etapa final. Em uma con- figuração um C0/C02 e/ou um gás contendo oxigênio é fornecido ao reator da etapa final, preferivelmente onde o gás contendo CO/CO2 é gás de sínte- se novo e/ou gás de processo reciclado e/ou onde o gás contendo oxigênio é ar ou oxigênio tecnicamente puro. O reator da etapa final é alimentado com o produto de reação a partir da última CFB juntamente com gás de sín- tese novo ou gás de processo reciclado compreendendo CO e oxigênio tec- nicamente puro ou ar que é injetado no reator da etapa final. A reação no reator da etapa final é endotérmica, e o calor liberado como resultado da injeção de oxigênio, preferivelmente por injeção no fundo no reator da última etapa, facilita as condições para permitir alcançar o grau desejado de redu- ção ou metalização no final do processo.

Em uma configuração da invenção, o leito fluidizado é do tipo de fluidização rápida ou de transporte pneumático ou de reator de leito fluidiza- do circular. Esses tipos de reatores de leito fluidizado permitem a formação de um leito fluidizado rápido, fornecendo uma alta taxa de reação para ga- seificação e tempo de residência suficiente de sólidos para completar as re- ações.

Em uma configuração da invenção o método é executado como

um processo contínuo onde o material metalífero e o CO gasoso são forne- cidos continuamente ou em forma de fornadas à câmara de reação do reator de leito fluidizado de modo a produzir continuamente o produto de reação e onde o produto da redução final pode ser descarregado continuamente ou em forma de fornadas da mencionada câmara de reação. Nessa configura- ção, a natureza exotérmica da formação do carbono sólido pode ser utilizada de forma mais eficiente, e o processo pode ser conduzido de forma mais econômica. A capacidade do reator em termos de unidade de massa por unidade de tempo do produto da redução é um dos parâmetros com os quais a eficiência ótima do processo e, portanto, a economia do processo, podem ser alcançadas. O produto final da redução que é descarregado da câmara de reação está na forma sólida e tem um grau de redução que é, obviamen- te, maior que o do material metalífero que foi fornecido à câmara de reação como material de alimentação. Deve ser notado que o produto final da redu- ção pode ser usado como material metalífero no processo seguinte a ser reduzido até um grau ainda mais alto de redução. Nesse último caso, o grau de redução tem que ser determinado em relação ao grau de redução do ma- terial metalífero antes do primeiro processo de redução, que é geralmente assumido como sendo 0. Um grau de redução de 50% do produto da redu- ção indica que 50% do oxigênio do material metalífero foi removido do mate- rial metalífero. 50% de metalização significa que 50% dos átomos de metal originalmente presentes no material metalífero estão na forma metálica e/ou como carboneto metálico. Os outros 50% estão em um estado mais ou me- nos oxidado. Para fins de esclarecimento, um grau de redução de 50% pode significar que o grau de metalização é ainda 0 se (por exemplo) todo o Me02 tive sido reduzido para MeO. Deve ser notado que as vantagens da invenção são completamente exploradas quando o material de partida metalífero tem um grau de redução de 0%, mas ficará claro que quando o grau de redução do material de partida metalífero já for grande, por exemplo, devido a uma operação de redução preliminar, que o grau de redução de partida pode ser maior que 0. NO caso de minério de ferro 100% Fe2O3, teria um grau de re- dução de 0%. Preferivelmente esse grau de redução de partida do material metalífero do material metalífero está abaixo de 25%, preferivelmente abaixo de 15%, mais preferivelmente abaixo de 5%, e mais preferivelmente ainda 0%.

Em uma configuração preferida, o produto da redução final após a descarga da câmara de reação do reator de leito fluidizado tem um grau de redução de pelo menos 50%, preferivelmente pelo menos 60%, mais preferi- velmente pelo menos 70%. Embora o grau ótimo de redução seja a redução completa, isto é, pelo menos um grau de redução de 90 ou 95% ou mesmo maior, e substancialmente a redução completa ou a metalização completa seja tecnicamente atingível em um reator de leito fluidizado, é provável não ser este o processo mais econômico para fazê-lo. Além disso, a tendência das partículas reduzidas aderirem aumenta com o aumento do grau de me- talização. Foi descoberto ser preferível visar-se um grau um pouco mais bai- xo de redução do produto final de redução de pelo menos 50%, preferivel- mente pelo menos 60%, mais preferivelmente 70% e executar a etapa final na direção de um grau substancialmente completo de pelo menos 90% ou 95% de redução em uma etapa de processo dedicada em um reator da eta- pa final.

Em uma configuração preferida da invenção, o material metalífe- ro é um composto de ferro, preferivelmente minério de ferro. Os inventores descobriram que o processo conforme a invenção pode ser executado van- tajosamente usando-se um composto de ferro, preferivelmente minério de ferro como material metalífero, porque a faixa de temperatura vantajosa da formação de carbono sólido a partir de CO gasoso e a faixa de temperatura vantajosa para a redução do composto de ferro, preferivelmente minério de ferro em ferro metálico coincidem pelo menos parcialmente. Isto resulta em um processo muito econômico para produção de um produto final de redu- ção com um alto grau de redução ou de metalização, ou mesmo de ferro substancialmente metálico.

Em uma configuração da invenção, a temperatura máxima na câmara de reação, particularmente quando se usa um composto de ferro como material metalífero, é de 875°C, preferivelmente 845°C, mais preferi- velmente 825°C, e ainda mais preferivelmente 800°C ou 790°C. Foi desco- berto que mesmo a essas baixas temperaturas na câmara de reação a redu- ção do material metalífero pelo carbono sólido para produção do produto de redução deve ser executada. A reação exotérmica da formação do carbono sólido é capaz de manter a reação por um grande período de tempo e a bai- xa temperatura tem como conseqüências benéficas que a perda de energia devida às altas temperaturas do processo é limitada e que a formação de compostos nocivos nitrogênio-oxigênio (gases Nox) é evitada. Uma outra vantagem das baixas temperaturas de operação é que a solubilidade de vá- rios elementos em um metal diminui com a temperatura, obtendo-se, assim, um metal com uma maior pureza. Foi descoberto que a temperaturas na câmara de reação abaixo de 400°C nenhuma redução significativa pode ser observada. A cerca de 450°C e mais, por exemplo, 500°C, a taxa de redu- ção aumenta significativamente. Uma temperatura mínima adequada para a câmara de reação foi descoberta ser 640°C, preferivelmente 690°C. Entre- tanto, embora nenhuma redução significativa pudesse ser observada a tem- peraturas abaixo de 500°C, a deposição de carbono ocorre muito pronta- mente a uma temperatura entre 400 e 500°C porque a presença do material metalífero ou do produto de redução formado pela redução do material meta- lífero promove a precipitação de carbono sólido a partir do CO gasoso, op- cionalmente através de uma forma de carboneto do metal do material metalí- fero, ou em carbono já precipitado, pela reação Boudouard. O equilíbrio da reação Boudouard mudará para a esquerda (lado CO) a uma maior tempera- tura e essa mudança torna-se notável acima de 600°C. Foi descoberto que a essas temperaturas um carbono mais alto é apenas depositado quando já há carbono sólido presente. Em uma configuração da invenção, o promotor da conversão do

CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso também age como promotor da redução do material metalífero. Esse promotor tem a fun- ção de provocar a formação de carbono sólido a partir de monóxido de car- bono gasoso e/ou a redução do material metalífero ocorrer mais rapidamen- te, mais completamente ou a uma temperatura menor (ou combinações des- sas), ou por catálise ou por outro mecanismo de reação.

É notado que o processo conforme a invenção é adequado para um processo onde o material metalífero é um composto de níquel, preferi- velmente um minério de níquel, um composto de cobalto, preferivelmente um minério de cobalto, ou suas misturas, resultando em uma forma econômica de produção de cobalto metálico, níquel metálico ou suas ligas.

Em uma configuração da invenção, o material metalífero ou, mais particularmente, o composto de ferro ou o minério de ferro é fornecido na forma de um composto fino ou minério, preferivelmente onde o tamanho de grão do composto ou minério está entre 0,1 e 5000 μηη. Um tamanho de grão máximo adequado é 200 μιτι, preferivelmente 100 μιτι. Preferivelmente o tamanho de grão é pelo menos 5μηθ preferivelmente no máximo 50 μηη, e mais preferivelmente entre 5 e 50 μιτι. O uso desses tipos de minérios é particularmente atrativo de um ponto de vista econômico, uma vez que miné- rios finos são geralmente mais baratos que minério em pedaços, e também porque esses minérios finos são adequados para o processamento em leitos fluidizados. Uma vez que a solubilidade de vários elementos, por exemplo, o carbono, na morfologia ferrítica do ferro diminui fortemente com a temperatu- ra, e para o carbono é de cerca de 0,02%a 720°C, o produto da redução fi- nal resultante na forma de ferro contém quantidades muito pequenas de e- Iementos possivelmente indesejáveis.

De acordo com uma configuração da invenção, o material meta- lífero é uma mistura de pelo menos dois compostos do grupo de compostos compreendendo um composto de níquel tal como minério de níquel, um composto de cobalto tal como minério de cobalto, um composto de ferro tal como minério de ferro. Usando-se tal mistura de compostos, o produto de redução (final) resultante após a redução total do material metalífero é uma mistura dos respectivos metais e, portanto, é fornecida uma forma simples e econômica de produzir ligas.

Em uma configuração da invenção, o carbono sólido é precipita- do no metal metalífero e/ou no produto de redução na forma de nano-tubos de carbono. Os inventores descobriram, surpreendentemente que o carbono sólido que é formado do CO gasoso tem a morfologia de nano-tubos de car- bono. Projetando-se adequadamente a câmara de reação e selecionando-se adequadamente os parâmetros de processo, o processo conforme a inven- ção pode, como alternativa à produção de um metal como produto de redu- ção pela redução de partículas do material metalífero, também ser usado para produzir carbono sólido na forma de nano-tubos de carbono pela per- sistência na formação do carbono sólido a partir de CO gasoso e usando-se o material metalífero e/ou o produto da redução como substrato para e/ou promotor da formação de carbono. Em um processo subseqüente o carbono sólido pode ser separado do substrato. O substrato pode então ser re-usado no processo e os nano-tubos podem ser usados para vários propósitos.

Em uma configuração da invenção, o CO gasoso que é forneci- do na câmara de reação é preparado pela gaseificação de um composto contendo carbono usando um fluxo de gás contendo oxigênio, preferivelmen- te onde o mencionado fluxo de gás é um fluxo de gás quente. Preferivelmen- te O fluxo de gás contendo oxigênio é tecnicamente oxigênio puro, por e- xemplo, tendo um teor de oxigênio de pelo menos 85% , preferivelmente pe- lo menos 90%, mais preferivelmente pelo menos 95%. A vantagem de se usar oxigênio ao invés do ar é que os reatores podem ser tornados menores e que o processo é mais eficiente em energia, porque o ar contém 80% de nitrogênio inerte que tem que ser aquecido e resfriado. Usando-se uma eta- pa separada de gaseificação o CO gasoso que é fornecido à câmara de rea- ção pode ser liberado de componentes indesejáveis tais como hidrocarbone- tos voláteis ou compostos de enxofre que estão presentes no composto con- tendo carbono ou são formados pela gaseificação do composto contendo carbono. A etapa de gaseificação pode ser executada em um gaseificador padrão, mas é preferível usar um gaseificador com fluxo carregado porque a maior parte das cinzas é removida como escória porque a temperatura de operação de um gaseificador com fluxo carregado está bem acima da tem- peratura de fusão das cinzas. Fica claro de que depende de como o gaseifi- cador é operado, qual é realmente a quantidade de CO gasoso no gás sai do gaseificador (isto é, o gás de processo reciclado ou gás de síntese do gasei- ficador). O gás de síntese pode, por exemplo compreender concentrações variadas de CO, CO2, H2, H2O e N2. A quantidade de CO gasoso no gás de processo reciclado do gaseificador depende da natureza do gás que é ali- mentado no gaseificador para gaseificação do carvão. Se for usado oxigênio puro, o nível de CO no gás de processo reciclado é maior que quando o ar é usado. Preferivelmente a quantidade de CO gasoso no gás de processo re- ciclado do gaseificador é pelo menos 10% (em volume). O equilíbrio C0/C02 no gás de processo reciclado do gaseificador é de pelo menos 2, preferivel- mente pelo menos 5, mais preferivelmente pelo menos 10. O CO/H2 deve ser pelo menos 1, preferivelmente acima de 3. O composto contendo carbo- no pode ser coque, carvão, carvão vegetal, óleo, polímeros, gás natural, pa- pel, biomassa, areia betuminosa, ou fontes de energia fortemente poluídas contendo carbono. Dessa forma o processo conforme a invenção pode con- tribuir para o uso eficiente de materiais de resíduos ou fontes de carbono anti-econômicas. Deve ser notado que a temperatura do gás de processo reciclado do gaseificador pode ser muito alta, tal como entre 1.300 e 1.600°C, ou cerca de 1.500°C. Para ser adequado para a introdução no rea- tor de leito fluidizado para reduzir o material metalífero de partida, o gás de processo reciclado do gaseificador deve ser resfriado. O gás de processo reciclado do gaseificador é resfriado preferivelmente misturando-se o mesmo com gás de processo reciclado resfriado ou gás de síntese resfriado, ou res- friando-se o mesmo em uma unidade de troca de calor. A fase gasosa resul- tante tem uma temperatura de cerca de 800°C e é alimentada ao FB onde a fase gasosa entra no processo de redução. Ficará claro que a composição da fase gasosa pode ter mudado como resultado de sua mistura com o gás reciclado porque o gás de processo reciclado é a fase gasosa que pode ter sido limpa e lavado com CO2 após sair do FB após ter interagido com o ma- terial metalífero de partida no FB.

Em uma configuração da invenção o gás de processo reciclado é descarregado da câmara de reação onde pelo menos parte do CO gasoso remanescente e/ou CO2 é separada do gás de processo reciclado para re- introdução do mencionado CO gasoso remanescente e/ou CO2 na câmara de reação do gaseificador. O CO2 pode ser usado como fonte para forneci- mento de CO pela reação Boudouard inversa reagindo com o carbono do composto contendo carbono no gaseificador. É também possível apenas re- usar o composto CO do gás de processo reciclado. Isso implica que o CO tem que ser separado do gás de processo reciclado, por exemplo, usando- se meios de separação tal como um esfregador. O gás CO reciclado pode ser re-introduzido na câmara de reação do leito fluidizado, ou diretamente, ou após passar através do gaseificador ou uma unidade de troca de calor. Ao invés de reciclar o carbono no gás de processo reciclado, é

também possível reciclar qualquer energia química e/ou térmica remanes- cente ainda presente no gás de processo reciclado pela queima desse gás e/ou usando a energia térmica por exemplo para reaquecer o fluxo de gás contendo oxigênio que entra no gaseificador, por exemplo, pela alimentação do gás de processo reciclado quente que sai da câmara de reação através de uma unidade para reaquecer o fluxo de gás contendo oxigênio antes de entrar no gaseificador. Em uma configuração preferida, a redução do material metalífe- ro pelo carbono sólido ocorre em um reator de leito fluidizado circulante (CFB), o mencionado reator compreendendo uma parte condutora e uma perna de retorno, onde o material metalífero e o CO gasoso são fornecidos na parte condutora do CFB, e onde uma corrente de gás compreendendo o CO gasoso move o material metalúrgico em uma direção substancialmente para cima através da parte condutora do CFB, e onde a conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso ocorre pelo menos parcialmente durante o movimento substancialmente para cima do material metalífero e do CO gasoso.

Usando-se um CFB os reagentes circulam através da câmara de reação, a câmara de reação compreendendo a parte condutora e a perna de retorno do CFB, e acredita-se que a conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso ocorre,pelo menos parcialmente, durante o movimento substancialmente para cima do material metalífero e o CO ga- soso e que a redução do material metalífero ocorre substancialmente duran- te a fase mais ou menos estagnada na perna de retorno antes de ser rein- troduzido na parte condutora. Consequentemente, em uma configuração da invenção, o material metalífero e o produto da redução resultante da redução do material metalífero e o carbono sólido são descarregados na perna de retorno do CFB e o material metalífero e o produto da reação e o carbono sólido se movem em uma direção substancialmente para baixo através da perna de retorno do CFB e onde a redução do material metalífero e do pro- duto da redução pelo carbono sólido ocorre pelo menos parcialmente, e pre- ferivelmente substancialmente, na perna de retorno do CFB.Uma vez que a redução do material metalífero pelo carbono sólido é uma reação sólido- sólido, as taxas de reação são menores que aquelas da reação gás-sólido da formação do carbono sólido a partir do CO gasoso. A diferença nos tem- pos de residência na parte condutora e na perna de retorno é a responsável por essas taxas de reação diferentes.

O tempo de residência da partícula metalífera no CFB é escolhi- do de tal forma que um grande número de circulações são feitas, dependen- do do grau desejado de redução ou metalização. O CFB pode ser fornecido com meios de separação, tais como um ciclone, para separar as partes sóli- das tais como o material metalífero, o produto de redução resultante da re- dução do material metalífero, e o carbono sólido a partir da corrente de gás que se move para cima, a corrente de gás compreendendo CO gasoso e dióxido de carbono gasoso. A separação é preferivelmente executada pró- xima da parte superior da parte condutora do CFB, preferivelmente por um ou mais ciclones.

O processo conforme a invenção pode ser executado como um processo em fornadas pelo fato de que quando o produto da reação alcan- çou o grau desejado de redução ou metalização ele é descarregado da câ- mara de reação como o produto final da redução. Esse produto final da rea- ção pode ser fornecido a uma etapa de processo seguinte para outra redu- ção ou metalização.

Em, uma configuração da invenção a redução do material meta-

lífero ocorre em uma pluralidade de reatores de leito fluidizado (isto é, dois ou mais) onde o produto final da redução de um reator de leito fluidizado precedente (i) é descarregado e passado até um reator de leito fluidizado subseqüente (i+1) para outra redução até um grau ainda maior de redução ou metalização. A temperatura no reator de leito fluidizado (i+1) é preferi- velmente maior que no reator de leito fluidizado i-th. Nesta configuração, as condições de processo e o projeto do FB podem ser otimizados para alcan- çar o respectivo grau de redução ou metalização do produto final da redu- ção. Ele pode também ser projetado de tal forma que o reator ou reatores de leito fluidizado precedente(s) pode(m) ser otimizado(s) para produção de carbono sólido e que o reator ou reatores subseqüente(s) pode(m) ser otimi- zado(s) para alcançar um grau desejado de redução ou metalização do ma- terial metalífero.

Em uma configuração preferida, as fases gasosas descarrega- das de um leito fluidizado subseqüente são descarregados em um reator de leito fluidizado precedente para outro processamento. Dessa forma um pro- cesso de contra-fluxo é alcançado para as fases gasosas, alcançando assim o uso mais econômico do calor presente no gás, e do gás CO nas fases ga- sosas. As fases gasosas que tenham a maior concentração de CO são. por- tanto, introduzidas no reator de leito fluidizado contendo o produto da redu- ção com o mais alto grau de redução ou metalização. Esta configuração é, portanto, caracterizada por um contra-fluxo total de fases gasosas e partícu- las metalíferas, mesmo se em um reator de leito fluidizado as fases gasosas e as partículas metalíferas não estiverem em contra-fluxo, mas fluam na mesma direção.

Em uma configuração da invenção o produto final da redução é também reduzido até um grau ainda maior de redução ou metalização de pelo menos 90%, preferivelmente pelo menos 95%, mais preferivelmente pelo menos 98%, em um reator de etapa final até um produto final de redu- ção por uma reação substancialmente sólido-sólido entre o carbono sólido remanescente e a porção incompletamente reduzida do produto de redução, onde o reator de etapa final é preferivelmente um forno giratório, um forno de soleira giratória ou um reator de leito fluidizado. Foi descoberto que um pro- cesso envolvendo 4, preferivelmente 3, leitos fluidizados subseqüentes, pre- ferivelmente CFBs, é suficiente para reduzir um material metalífero de parti- da tendo um grau de redução de partida abaixo de 25%, preferivelmente a- baixo de 15%, mais preferivelmente abaixo de 5%, e ainda mais preferivel- mente 0% em uma forma econômica até um grau de redução ou metalização e uma quantidade de carbono sólido depositada adequada para alcançar a redução final em um reator de etapa final para metal diretamente reduzido, tal como DRI.

Nessa configuração o material metalífero é quase completamen-

te reduzido ao respectivo metal. Foi descoberto que é benéfico executar a redução final em um reator de etapa final reduzida a um grau ainda maior de redução ou metalização de pelo menos 90%, preferivelmente pelo menos 95%, mais preferivelmente pelo menos 98%. Idealmente, o grau de metali- zação seria ainda maior, isto é, acima de 99% ou mesmo acima de 99,5%. Uma outra redução em um forno giratório, um forno de soleira giratória ou outro reator de leito fluidizado provou ser vantajosa. É também possível al- cançar-se um maior grau de metalização submetendo-se o produto de redu- ção a uma operação de fusão.

O produto final da redução conforme fornecido pelo processo conforme a invenção tem uma grande área de superfície como conseqüên- cia direta do processo. Quando se usa compostos ferro-oxigênio ou minério de ferro como material metalífero, o produto de redução intermediário e/ou final compreenderá ferro metálico ou compostos ferro-oxigênio fortemente reduzidos. No processo conforme a invenção, é obtido ferro com muito pou- cos contaminantes e com uma grande área específica. Isto torna o produto da redução extremamente adequado para o Processo de Ferro Esponja (SIP) para a produção de hidrogênio. O Processo de Ferro esponja é uma tecnologia bem conhecida para a produção de hidrogênio. Ele compreende uma etapa onde ferro ou óxido de ferro reduzido é re-oxidado com vapor para formar magnetita e hidrogênio. O hidrogênio produzido tem um alto grau de pureza, compatível com os requisitos dos catalisadores de metal nobre de células de combustível. O processo é, portanto, muito interessante para a produção e purificação do hidrogênio para uso em células de com- bustível de alta e baixa temperatura. Naturalmente o hidrogênio pode tam- bém ser usado para outros propósitos. O produto de redução final na forma de ferro, ou na forma de

compostos ferro-oxigênio fortemente reduzidos, com uma área de superfície específica muito grande conforme fornecida pelo processo conforme a in- venção é usado como combustível em um veículo onde o produto de redu- ção é oxidado pelo vapor para formar hidrogênio que pode, por exemplo, ser usado para energizar uma célula de combustível e propulsar o veículo, ou excitar um motor ou equipamento. O hidrogênio que pode ser produzido u- sando-se o produto final da redução na forma de ferro ou compostos ferro- oxigênio fortemente reduzidos produzidos pelo processo conforme a inven- ção é mais econômico que aquele produzido a partir, por exemplo, de gás natural e também produz menos dióxido de carbono.

O produto final da redução pode ser submetido a um tratamento de separação para separar a parte metálica de uma parte não-metálica tal como resíduos ou escória. Esse tratamento de separação pode compreen- der técnicas tais como tratamentos gravimétricos, tratamentos de tamanho de partícula ou tratamento magnético.

O produto final da redução pode ser também processado com- pactando-se o produto em um produto compactado, preferivelmente por bri- quetagem ou pela laminação em um produto laminado. Esse produto brique- tado ou laminado pode ser usado em uma operação de fusão. O produto laminado pode ser usado como material de alimentação em uma outra ope- ração de laminação, ou pode até mesmo ser usado para aplicação direta

desde que o produto laminado tenha as propriedades desejadas para tal a- plicação direta.

De acordo com um segundo aspecto da invenção é fornecido um equipamento para reduzir o material metalífero até um produto de redu- ção conforme o método da invenção compreendendo:

- pelo menos um reator de leito fluidizado compreendendo

uma câmara de reação;

- Um gaseificador para produção de uma fase gasosa com- preendendo CO gasoso pela gaseificação de um composto contendo carbo- no, uma saída para a fase gasosa compreendendo CO gasoso, e uma saída

opcional para materiais de resíduos sólidos tais como escória;

uma primeira entrada para a câmara de reação para a intro- dução do material metalífero;

- uma segunda entrada para introdução do CO gasoso na câ- mara de reação;

- meios para gerar um leito fluidizado compreendendo o mate-

rial metalífero e o CO gasoso na câmara de reação;

- meios para se obter uma temperatura adequada na câmara de reação para permitir a conversão de CO gasoso em carbono sólido e dió- xido de carbono gasoso, e precipitação do carbono sólido no material metalí-

fero e/ou no produto de redução, e para reduzir o material metalífero pelo carbono sólido para produzir um produto de redução;

- meios para direcionar pelo menos uma parte dos constituin- tes do leito fluidizado na direção de meios de separação para separar o pro- duto de redução do leito fluidizado e opcionalmente meios para direcionar o gás de processo reciclado do leito fluidizado para meios de reciclagem;

- uma parte de retorno para retornar pelo menos parte do pro- duto de redução separado da corrente de gás para a câmara de reação e

uma saída para descarregar o produto de redução remanescente da câmara de reação como produto final da redução.

O reator de leito fluidizado fornece um equipamento muito efici- ente para permitir que o material metalífero funcione como local onde o car- bono sólido pode se precipitar devido aos altos teores de coeficientes de calor e de transferência de massa, devido à alta razão área-para-volume da superfície das partículas. Uma vez que os reagentes são trazidos muito jun- tos entre si, e são muito reativos, e a formação de um dos reagentes, isto é, o carbono sólido, é exotérmica, as condições no leito fluidizado são ótimas para a redução da partícula de material metalífero. É claro que a partícula de material metalífero deve também ser de um certo tamanho para permitir a fluidização. O tamanho máximo de partícula que pode ainda ser acomodada depende do projeto e dos parâmetros operacionais do leito fluidizado. Em adição, uma vez que o carbono sólido se precipita do monóxido de carbono gasoso na câmara de reação no leito fluidizado, preferivelmente diretamente sobre o material metalífero ou sobre o material metalífero parcialmente redu- zido, não há perigo de formação de agregações e aglomerados. A entrada para fornecimento de gás contendo oxigênio, e a entrada para fornecimento do composto contendo carbono no gaseificador podem ser combinadas em uma só entrada.

Em uma configuração preferida o reator de leito fluidizado é um leito fluidizado circulante (CFB) compreendendo:

- uma parte condutora para acomodar um movimento subs- tancialmente para cima do leito fluidizado, o leito fluidizado compreendendo

o material metalífero e o CO gasoso;

- meios para direcionar os constituintes do leito fluidizado na direção dos meios de separação ao alcançarem a parte de cima da parte condutora para separar o produto da redução do leito fluidizado e meios pára direcionar as fases gasosas do leito fluidizado para meios de reciclagem e meios para direcionar o produto da redução para a perna de retorno;

- uma perna de retorno para acomodar um movimento subs- tancialmente para baixo do produto da redução;

- meios para descarregar o gás de processo reciclado do leito fluidizado para posterior processamento;

- meios para retornar pelo menos parte do produto de redução da perna de retorno para a câmara de reação, os mencionados meios tam-

bém compreendendo uma saída para descarregar o produto de redução re- manescente como produto final de redução da câmara de reação.

O tempo de residência da partícula metalífera no CFB é tal que um grande número de circulações são feitas, dependendo do grau desejado de metalização do produto de redução. O CFB pode ser fornecido com mei- os de separação, tais como um ou mais ciclones, para separar as partes só- lidas tais como o material metalífero, o produto da redução, e o carbono sóli- do são separados as corrente de gás que se move para cima, a corrente de gás compreendendo CO gasoso e dióxido de carbono gasoso. Essa separa- ção é preferivelmente executada próxima à parte superior da parte conduto- ra do CFB, preferivelmente por um ou mais ciclones.

Em uma configuração da invenção os meios para retornar pelo menos parte do produto de redução da perna de retorno para a câmara de reação é um Ioop seal ou uma válvula de Ioop seal. A vantagem de um Io- op seal é que ele pode ser usado para permitir seletivamente a entrada de porções do produto de redução na câmara de reação. Usando-se um Ioop seal múltiplo, porções do produto de redução podem também ser deixadas descarregar como produto final da redução.

Em uma configuração o equipamento conforme a invenção compreende uma pluralidade de reatores de leito fluidizado conectados onde são fornecidos meios para transportar o produto final da redução de um leito fluidizado precedente para a câmara de reação de um reator de leito fluidi- zado subseqüente para outra redução de um grau mais alto de redução. No contexto dessa descrição, uma pluralidade é entendido significar dois ou mais. Então dois, três, quatro ou mais reatores de leito fluidizado conectados podem ser usados. Podem ser também fornecidos meios para fornecer as fases gasosas descarregadas de um leito fluidizado subseqüente para outro processamento em um reator de leito fluidizado precedente e permitindo as- sim a criação de uma corrente de gás em total contra-fluxo. Em uma configu- ração são fornecidos meios para operar um reator de leito fluidizado subse- qüente a uma temperatura maior que a do reator de leito fluidizado prece- dente, preferivelmente onde qualquer reator subseqüente opera a uma tem- peratura maior que qualquer reator de leito fluidizado precedente.

Em uma configuração o equipamento é fornecido com meios de reciclagem para separar pelo menos parte do CO gasoso remanescente e/ou CO2 do gás de processo reciclado, por exemplo, pela sua re-introdução na câmara de reação do reator de leito fluidizado ou na câmara de reação de um ou mais dos reatores de leito fluidizado ou no gaseificador ou em uma unidade de troca de calor para recuperar pelo menos parte da energia térmi- ca ou química ainda presente no gás de processo reciclado, por exemplo, pela queima dos componentes combustíveis e usar do calor para pré- aquecer uma fase gasosa que entra no equipamento ou pela re-introdução do CO e/ou CO2 no gaseificador para usá-lo como fonte de carbono.

Em uma configuração o equipamento é fornecido com um reator de etapa final para reduzir o produto final de redução até um grau maior de redução ou metalização por uma reação substancialmente sólido-sólido do carbono sólido com a porção incompletamente reduzida do produto de redu- ção, preferivelmente onde o reator de etapa final é um forno giratório, um forno de soleira giratória ou um reator de leito fluidizado. O carbono sólido é preferivelmente passado dos reatores de leito fluidizado onde ele foi formado com o produto da redução no reator de etapa final, embora o carbono sólido possa também ser adicionado ao produto de redução antes da introdução do produto de redução no reator de etapa final no caso da quantidade de car- bono sólido transferido do leito fluidizado ser insuficiente para alcançar o grau desejado de redução ou metalização do produto final da redução após sair do reator de etapa final. Em uma configuração o equipamento conforme a invenção compreende meios para separar a parte metálica do produto final de redução da parte remanescente, por exemplo, por meios gravimétrico, magnético ou de tamanho de partículas.

Em uma configuração preferida, o equipamento para execução do processo conforme a invenção compreende um gaseificador, preferivel- mente do tipo de fluxo introduzido, três reatores CFB consecutivos, e um reator de etapa final do tipo forno rotativo ou do tipo FB1 preferivelmente do tipo FB borbulhante. A configuração é descrita para a redução de minério de ferro, mas a descrição é igualmente válida para a redução de outros materi- ais metalíferos que requeiram apenas pequenas emendas dos parâmetros do processo. O gaseificador é fornecido com oxigênio tecnicamente puro e pó de carvão. No gaseificador de fluxo introduzido, o carvão pulverizado se- co é gaseificado com o oxigênio técnico em fluxo co-corrente. As reações de gaseificação ocorrem em uma densa nuvem de finas partículas. As altas temperaturas e pressões significam que um maior rendimento pode ser al- cançado e que alcatrão e hidrocarbonetos voláteis tais como metano não estão presentes nos gases de processo reciclados do gaseificador. Um ga- seificador de fluxo introduzido remove a maior parte das cinzas como escória uma vez que a temperatura de operação está bem acima da temperatura de fusão das cinzas. Uma fração menor da cinza é produzida como uma poeira de cinzas seca muito fina que é transportada com o CO gasoso na direção do último CFB. O gás de processo reciclado do gaseificador compreendendo o CO tem uma temperatura muito alta na saída do gaseificador de cerca de 1300 a 1600°C, preferivelmente cerca de 1400 a 1500°C. Opcionalmente, um gás contendo CO2 frio pode ser fornecido como um moderador para con- trolar a temperatura no gaseificador. O vapor usado convencionalmente não é preferido como moderador, porque isso afetará adversamente a razão CO/H2. O gás de processo reciclado do gaseificador é resfriado, preferivel- mente misturando-se com um gás de processo reciclado resfriado ou gás de síntese reciclado, ou em uma unidade de troca de calor. O gás de processo reciclado resfriado do gaseificador resultante tem uma temperatura de cerca de 800°C e é alimentado ao último CFB onde o gás de processo reciclado do gaseificador (o gás de síntese) entra no processo de redução. Antes da in- trodução no último CFB, o gás de processo reciclado do gaseificador pode ter sido tratado para remover o enxofre do gás, por exemplo, por um trata- mento com cálcio para formar Cas.

O composto de ferro ou minério de ferro é fornecido na forma de um composto fino ou minério, preferivelmente tendo um tamanho de grão entre 5 e 200 μηι. O material é fornecido aos CFBs em contra-fluxo ao gás de processo reciclado do gaseificador, e portanto, entra no equipamento no primeiro CFB. A temperatura nesse primeiro CFB é a menor, e otimizada com o propósito de deposição do carbono sólido no composto ou minério. A temperatura no primeiro CFB é controlada para estar entre 250 e 600°C, pre- ferivelmente entre 400 e 500° de modo a formar carbono sólido (isto é, car- bono de Boudouard e/ou carboneto de ferro). A redução do minério de ferro, particularmente a redução de hematita para magnetita, já começa nessas baixas temperaturas e carboneto de ferro (FexC) começa a ser formado. O composto de ferro e/ou os produtos da sua redução agem como um catali- sador para a formação de carbono sólido a essas baixas temperaturas. As condições da perna de retorno do CFB são tais que a reação a seguir é tor- nada possível.

FeO + FexC (1+x)Fe + CO

Quando sai do último CFB (que devido ao princípio do contra- fluxo é o primeiro para as fases sólidas e o último para a fase gasosa), o produto da redução alcançou o grau desejado de redução de pelo menos 50%, preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo me- nos 70%, e/ou é carregado com carbono sólido suficiente para permitir redu- ção final para DRI no reator de etapa final até um grau de redução ou meta- lização de pelo menos 90%, preferivelmente pelo menos 95%, mais preferi- velmente pelo menos 98%. Então os parâmetros do processo podem ser escolhidos de forma que o minério de ferro não tenha atingido o grau dese- jado de 50% de redução quando sai do CFB, mas ao contrário, é carregado com carbono sólido suficiente para permitir a redução final para DRI até o mencionado grau de redução ou de metalização de pelo menos 90%. Nesse caso, os reatores CFB são usados para produzir o carbono sólido necessário para reduzir o minério de ferro, ao invés de reduzir o minério de ferro e a redução do minério de ferro consequentemente ocorre no reator de etapa final.

O reator de etapa final é alimentado com o produto de redução a partir do último CFB juntamente com gás de síntese novo ou gás de proces- so reciclado compreendendo CO e oxigênio tecnicamente puro ou ar que é injetado no reator de etapa final. A reação no reator de etapa final é endo- térmica, e o calor liberado como resultado da injeção de oxigênio, preferi- velmente por injeção pelo fundo no reator de etapa final, facilitam as condi- ções para permitir a redução final acima mencionada. Como o reator de eta- pa final é um leito fluidizado, a ocorrência de pontos quentes locais é evita- da, e os riscos de entupimento do processo pela coagulação das partículas finas no reator é minimizado. O risco de entupimento pode ser também re- duzido, se necessário, pela adição de aditivos ao leito fluidizado conforme descrito na US 3.615.352. A temperatura no reator de etapa final está prefe- rivelmente entre 680 e 850°C, por exemplo, cerca de 750°C ± 20°. Acredita- se que a maioria das reações de redução no reator de etapa final sejam rea- ções sólido-sólido, e não reações gás-sólido. Os gases presentes meramen- te ajudam a criar as condições para permitir que as reações sólido-sólido ocorram manipulando o diagrama de estabilidade CO-CO2-T para o ferro e seus óxidos. Os inventores descobriram que a razão pós-combustão da fase gasosa que entre no reator de etapa final é substancialmente a mesma que a razão pós-combustão

(PCR = CO? + HpO_) da fase gasosa que sai do reator

CO2 + CO + H2O + H2

de etapa final como resultado da geração de CO durante a re- dução final. É notado que, embora a configuração seja descrita com 3 CFBs, que o uso de 2, 4, 6, ou mais CFBs é também possível. Os inventores des- cobriram que o uso de 3 ou 4 CFBs fornece uma boa combinação de CFB de baixa temperatura para depositar carbono no material de partida metalífe- ro, um CFB de temperatura média para também depositar carbono, e um CFB final de "alta" temperatura para completar a redução ou metalização e a quantidade de carbono sólido depositado para fornecer um bom produto de redução para introdução no reator de etapa final.

O produto de redução final que sai do reator de etapa final pode também compreender ganga, escória, CaS, ou outras substâncias indesejá- veis, e essas podem ser separadas da fase metálica em uma operação de separação magnética.

O gás de processo reciclado final, que não pode mais ser intro- duzido no processo, pode ainda reter alguma energia química ou térmica que pode ser usada, por exemplo, queimando-se a mesma e/ou usando o calor.

Em uma configuração o equipamento compreende uma unidade de reciclagem de Zn e/ou Pb e/ou Cd de material metalífero contendo Zn e/ou Pb e/ou Cd, a unidade compreendendo meios para permitir a redução de compostos contendo Zn, Pb e/ou Cd pelo carbono sólido para Zn, Pb e/ou Cd metálico e para evaporar o Zn, Pb e/ou Cd para produzir Zn, Pb e/ou Cd gasoso.

Em uma configuração o equipamento compreende:

- meios de condensação para condensar e/ou solidificar os Zn, Pb e/ou Cd gasosos em Zn, Pb e/ou Cd líquido e/ou sólido; ou

- meios de oxidação para oxidar o Zn, Pb e/ou Cd gasoso para compostos zinco-oxigênio, compostos chumbo-oxigênio e/ou compostos cádmio-oxigênio.

Essa configuração permite o processamento de, por exemplo, material de resíduo rico em ferro, da indústria siderúrgica. Esses materiais, tais como poeira rica em ferro da produção de aço, podem ser usados como material metalífero no processo e equipamento conforme a invenção. Apesar de serem compostos ferro-oxigênio, esses materiais também podem com- preender compostos zinco-oxigênio, compostos chumbo-oxigênio ou com- postos cádmio-oxigênio. Esses compostos são reciclados do material metalí- fero pela redução dos compostos ferro-oxigênio para compostos de ferro. O Zn, Cd ou Pb é também reduzido no decurso do processo e trazido em um estado gasoso. A redução dos compostos zinco-oxigênio, compostos chum- bo-oxigênio, ou compostos cádmio-oxigênio pode ocorrer pelo carbono sóli- do ou pela reação direta com CO gasoso ou H2. Posteriormente, o Zn, Cd ou Pb metálico pode ser condensado dos estado gasoso, ou oxidado e coletado como compostos zinco-oxigênio, compostos chumbo-oxigênio e/ou compos- tos cádmio-oxigênio. Em uma configuração preferida o equipamento com- preende uma unidade de dezincagem, a unidade de dezincagem compreen- dendo meios de aquecimento para aquecer o material metalífero ou o produ- to de redução ou o produto final da redução para reduzir os compostos con- tendo Zn para Zn metálico e para evaporar o Zn para produzir Zn gasoso ou para oxidar o Zn para produzir um composto zinco-oxigênio tal como ZnO ou Zn(OH)2. Essa configuração é particularmente vantajosa para o processa- mento de material de resíduos ricos em Zn no qual o teor de Zn é muito alto para ser usado, por exemplo, na produção convencional de ferro e aço. O processo pode também ser adaptado para extrair o Zn, Cd e/ou Pb dos finos e usando-se os finos em uma rota convencional de produção de ferro envol- vendo um alto-forno.

Em uma configuração o equipamento compreende meios de condensação para condensar e/ou solidificar o Zn gasoso em Zn líquido e/ou sólido.

A invenção será agora também explicada por meio das figuras não Iimitativas a seguir. Na figura 1, é mostrado o Iayout básico do reator de leito fluidizado. Na figura 2, é mostrado o Iayout básico do equipamento completo para execução do método da invenção. Na figura 3, é mostrado o Iayout básico do equipamento para execução do método da invenção com- preendendo pelo menos dois reatores de leito fluidizado circulante e um rea- tor de etapa final. Na figura 4, é mostrado o Iayout básico do equipamento conforme a figura 2, compreendendo uma unidade de reciclagem para reci- ciar o Zn do material metalífero contendo Zn. As figuras 5 e 6 mostram con- figurações alternativas das figuras 2 e 3 respectivamente.

Na figura 1, o reator de leito fluidizado, nesse exemplo um leito fluidizado circulante, 1 é fornecido com material metalífero 2, e um fluxo de gás compreendendo CO gasoso 3. Após o movimento na direção para cima através da parte condutora do leito fluidizado circulante 1 do material metalí- fero 2, e um fluxo de gás compreendendo CO gasoso, o material é lavado na direção do meio 5 para separação do gás e das partículas sólidas. O gás de processo reciclado é retirado do meio 5, o que é indicado pela seta apontan- do para cima no meio 5.

As partes sólidas compreendendo o carbono sólido que é for- mado do CO gasoso e o material metalífero reagem de modo a reduzir o material metalífero a um produto de redução. Esse produto de redução des- ce através da perna de retorno para o meio 7, tal como um loop-seal. para retornar pelo menos parte do produto de redução para a câmara de reação do leito fluidizado circulante por um ou mais ciclos adicionais. Alternativa- mente, pelo menos parte do produto de redução pode ser descarregado co- mo produto final de redução, o que é indicado pela seta apontando para a direita no meio 7.

Na figura 2, a parte do produto de redução que pode ser descar- regada do meio 7 é fornecida ao meio 4. Esse meio 4 pode ser um reator de etapa final, tal como um forno giratório, forno de soleira giratória ou reator de leito fluidizado. Alternativamente, o meio 4 pode ser um ou mais ciclos adi- cionais compreendendo as partes 1, 5, 6, e 7, onde 6 é a representação es- quemática da perna de retorno do reator de leito fluidizado circulante, 1 é a parte condutora e 5 é o meio de separação, tal como um ciclone. A situação está indicada esquematicamente na figura 3. O meio 4 também representa um ou mais reatores de leito fluidizado circulantes e um reator de etapa final. Nas figuras 2 e 3 os fluxos de gás são indicados esquematicamente com as setas pontilhadas e tracejadas ('g') e o fluxo de não-gás é indicado pelas setas cheias ('s'). Produtos gasosos separados pelo meio 5 podem ser leva- dos na direção de uma unidade de limpeza de gás 11 e retirados, ou podem ser retirados da unidade de limpeza de gás 11 na direção de uma fonte de gás 12, tal como um gaseificador, para re-uso do gás e/ou para propósitos de pré-aquecimento. Na figura 2, o gás compreendendo o CO gasoso é pro- duzido na fonte de gás 12, por exemplo, gaseificando-se carvão, e o fluxo de gás quente 8 compreendendo o CO gasoso é alimentado através do meio 4 em geral ou em contra-corrente total para o material metalífero e/ou o produ- to de redução. Isto é indicado pelo fluxo de gás 3. Dentro da parte condutora do leito fluidizado circulante o fluxo do material metalífero e/ou do produto intermediário de redução é concorrente com o fluxo de gás, conforme indi- cado pela seta gorda na parte condutora 1 e 1 a.

Na figura 4, o equipamento da figura 2 é combinado com uma unidade para reciclar Zn e/ou Pb e/ou Cd de material metalífero contendo Zn e/ou Pb e/ou Cd. O produto final de redução 9 ainda compreendendo o ma- terial metalífero contendo Zn e/ou Pb e/ou Cd é trazido até o meio 13 junta- mente com um fluxo de gás quente 8 compreendendo CO gasoso, que é usado para reduzir os compostos zinco-oxigênio ou os compostos chumbo- oxigênio ou os compostos cádmio-oxigênio a zinco, chumbo ou cádmio me- tálico. Esse zinco, chumbo ou cádmio metálico pode então ser levado em estado gasoso e fornecido ao meio 15. No meio 15, os metais podem ser condensados dos seus estados gasosos, ou oxidados e coletados como compostos zinco-oxigênio, compostos chumbo-oxigênio e/ou composto cádmio-oxigênio.

Na figura 5 é apresentada uma configuração alternativa para a

figura 2 onde o gás de síntese do gaseificador, após ser resfriado até cerca de 800°C, é introduzido no CFB. O gás de síntese é separado das partículas sólidas no meio 5 e o gás reciclado é limpo na unidade de limpeza de gás 11. Após a unidade de limpeza de gás, o gás de processo reciclado pode ser levado ao reator de etapa final 4, ou ao gaseificador 12. O gás reciclado po- de ser levado diretamente ao gaseificador, ou pode ser usado para resfriar o gás de síntese novo produzido pelo gaseificador até cerca de 800°C. O meio 4 pode ter o mesmo significado alternativo apresentado para a figura 2. O fluxo de gás alternativo conforme apresentado na figura 5 pode também ser aplicado à configuração da figura 3 (veja figura 6) e da figura 4.

Claims (35)

1. Método de redução de um material metalífero até um produto de redução, o método compreendendo as etapas de: - fornecer uma fase gasosa compreendendo CO gasoso pela gaseificação de um composto contendo carbono usando-se um fluxo de gás contendo oxigênio; - fornecer o material metalífero em uma câmara de reação de um reator de leito fluidizado; - fornecer o mencionado CO gasoso na câmara de reação do reator de leito fluidizado e converter o CO gasoso em carbono sólido e dióxi- do de carbono gasoso, fazendo o carbono sólido precipitar no material meta- lífero e/ou no produto de redução. - reduzir pelo menos parcialmente o material metalífero pelo carbono sólido até o produto a reação usando portanto o material metalífero e/ou o produto de reação como promotor da conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso; - descarregar o produto de redução final da câmara de reação, onde o produto final da reação é também reduzido em um reator de etapa final até um grau de maior metalização por uma reação substanci- almente sólido-sólido entre o carbono sólido e uma porção incompletamente reduzida do produto de redução.

2. Método conforme a reivindicação 1, onde o produto final de redução após a descarga da câmara de reação do reator de leito fluidizado tem um grau de redução de pelo menos 50%.

3. Mtodo conforme as reivindicações 1 ou 2 onde a redução no reator de etapa final ocorre em uma atmosfera não-inerte.

4. Mtodo conforme a reivindicação 1, 2 ou 3 onde um fluxo de gás quente compreendendo CO gasoso é alimentado ao reator de etapa fi- nal.

5. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde um gás contendo C0/C02 e/ou oxigênio é fornecido ao reator de etapa final, preferivelmente onde o gás contendo C0/C02 é gás de sínte- se novo e/ou gás de processo reciclado e/ou onde o gás contendo oxigênio é ar ou oxigênio tecnicamente puro.

6. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde o método é executado como um processo contínuo onde o ma- terial metalífero e o CO gasoso são fornecidos continuamente ou em forna- das à câmara de reação de modo a produzir continuamente o produto de redução, e onde o produto final de redução é descarregado continuamente ou em fornadas da mencionada câmara de reação.

7. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde o produto final da redução tem um grau de redução de pelo menos 50%, preferivelmente pelo menos 60%, mais preferivelmente pelo menos 70%.

8. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde a temperatura máxima na câmara de reação é 875°C, preferi- velmente 845°C, mais preferivelmente 825°C, e ainda mais preferivelmente 800°C.

9. Método conforme Qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o promotor da conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso também age colmo promotor da redução do ma- terial metalífero.

10. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o material metalífero é um composto de ferro, preferivelmente minério de ferro.

11. Método conforme a reivindicação 10 onde o minério de ferro é fornecido na forma de minério fino, preferivelmente onde o tamanho de grão do minério está entre 0,1 e 5000 μηι e mais preferivelmente entre 5 e 50 μιη.

12. Método conforme qualquer uma das reivindicações 1 a 9, onde o material metalífero é um composto de níquel, preferivelmente um minério de níquel, um composto de cobalto, preferivelmente um minério de cobalto, ou suas misturas.

13. Método conforme qualquer uma das reivindicações 1 a 9, onde o material metalífero é uma mistura de pelo menos dois compostos do grupo de compostos compreendendo um composto de níquel tal como miné- rio de níquel, um composto de cobalto tal como minério de cobalto, um com- posto de ferro tal como minério de ferro.

14. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o CO gasoso é preparado pela gaseificação de um composto contendo carbono usando-se um fluxo de gás contendo oxigênio, preferivel- mente onde o mencionado fluxo de gás é um fluxo de gás quente.

15. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o gás de processo reciclado é descarregado da câmara de rea- ção, e onde pelo menos parte do CO gasoso e/ou C0/C02 remanescente é separado do gás de processo reciclado para re-introdução do mencionado CO gasoso remanescente e/ou C0/C02 na câmara de reação do gaseifica- dor.

16. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o gás de processo reciclado é descarregado da câmara de rea- ção, e onde pelo menos parte do CO gasoso remanescente e/ou o CO2 é separado do gás de processo reciclado para pré-aquecer o fluxo de gás an- tes de entrar no gaseificador.

17. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde a redução do material metalífero pelo carbono sólido ocorre em um reator de leito fluidizado circulante (CFB), o mencionado reator compre- endendo uma parte condutora e uma perna de retorno, onde o material me- talífero e o CO gasoso são fornecidos na parte condutora do CFB, e onde uma corrente de gás compreendendo o CO gasoso move o material metalí- fero em uma direção substancialmente para cima através da parte condutora do CFB, e onde a conversão do CO gasoso em carbono sólido e dióxido de carbono gasoso ocorre pelo menos parcialmente durante o movimento subs- tancialmente para cima do material metalífero e do CO gasoso.

18. Método conforme a reivindicação 17, onde o material metalí- fero e o produto de redução resultante da redução do material metalífero e do carbono sólido são descarregados na perna de retorno do CFB e o mate- rial metalífero e o produto de redução e o carbono sólido se movem em uma direção substancialmente para baixo através da perna de retorno do CFB e onde a redução do material metalífero e do produto de redução pelo carbono sólido ocorre pelo menos parcialmente, e preferivelmente substancialmente, na perna de retorno do CFB.

19. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o material metalífero reduzido tendo alcançado o grau desejado de redução é descarregado da câmara de reação como produto final de re- dução.

20. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde a redução do material metalífero ocorre em uma pluralidade de reatores de leito fluidizado onde o produto final da reação de um reator de leito fluidizado precedente é descarregado e passado para um reator de leito fluidizado subseqüente para outra redução até um grau ainda mais alto de redução.

21. Método conforme a reivindicação 20 onde a fase gasosa descarregada de um leito fluidizado subseqüente é descarregado em um reator de leito fluidizado precedente para outro processamento.

22. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde o leito fluidizado é do tipo fluidização rápida ou transporte pneumático.

23. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o produto final da redução é também reduzido até um grau de metalização de pelo menos 90%, preferivelmente pelo menos 95%, mais preferivelmente pelo menos 98% no reator de etapa final por uma reação substancialmente sólido-sólido entre o carbono sólido e a porção incomple- tamente reduzida do produto de redução, onde o reator de etapa final é pre- ferivelmente um forno giratório, um forno de soleira giratória ou um reator de leito fluidizado.

24. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes, onde o produto final da redução é tratado para separar a parte metá- Iica da parte não metálica tal como ganga ou escória.

25. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o produto final da redução é também processado pela compac- tação do produto em um produto compactado, preferivelmente por briqueta- gem ou pela laminação em um produto laminado.

26. Método conforme qualquer uma das reivindicações prece- dentes onde o material metalífero compreende compostos ferro-oxigênio e compostos zinco-oxigênio, o método envolvendo a redução dos compostos ferro-oxigênio conforme qualquer uma das reivindicações precedentes, en- volvendo a redução do composto zinco-oxigênio pelo carbono sólido origina- do do CO gasoso para o zinco, vaporizando o zinco, seguido de uma etapa de recuperação do zinco opcionalmente envolvendo a condensação do zinco a partir do estado gasoso ou envolvendo a re-oxidação do zinco e a coleta como compostos zinco-oxigênio.

27. Equipamento para reduzir o material metalífero até um pro- duto de redução conforme o método de qualquer uma das reivindicações precedentes compreendendo: - pelo menos um reator de leito fluidizado compreendendo uma câmara de reação; - Um gaseificador para produção de uma fase gasosa com- preendendo CO gasoso pela gaseificação de um composto contendo carbo- no usando um fluxo de gás contendo oxigênio compreendendo uma entrada para fornecer o mencionado gás contendo oxigênio, uma entrada para for- necer o composto contendo carbono, uma saída para a fase gasosa com- preendendo CO gasoso, e uma saída opcional para materiais de resíduos sólidos tais como escória; - uma primeira entrada para a câmara de reação para a intro- dução do material metalífero; - uma segunda entrada para introdução do CO gasoso na câ- mara de reação; - meios para gerar um leito fluidizado compreendendo o mate- rial metalífero e o CO gasoso na câmara de reação; - meios para se obter uma temperatura adequada na câmara de reação para permitir a conversão de CO gasoso em carbono sólido e dió- xido de carbono gasoso, e precipitação do carbono sólido no material metalí- fero e/ou no produto de redução, e para reduzir o material metalífero pelo carbono sólido para produzir um produto de redução; - meios para direcionar pelo menos uma parte dos constituin- tes do leito fluidizado na direção de meios de separação para separar o pro- duto de redução do leito fluidizado e opcionalmente meios para direcionar o gás de processo reciclado do leito fluidizado para meios de reciclagem; - uma parte de retorno para retornar pelo menos parte do pro- duto de redução separado da corrente de gás para a câmara de reação e uma saída para descarregar o produto de redução remanescente da câmara de reação como produto final da redução. - um reator de etapa final opcional para também reduzir o pro- duto de redução a um grau maior de redução por uma reação substancial- mente sólido-sólido do carbono sólido com o produto de redução, preferivel- mente onde o reator de etapa final é um forno giratório, um forno de soleira giratória ou um reator de leito fluidizado.

28. Euipamento conforme a reivindicação 27, onde o reator de leito fluidizado é um leito fluidizado circulante compreendendo: - uma parte condutora para acomodar um movimento subs- tancialmente para cima do leito fluidizado, o leito fluidizado compreendendo o material metalífero e o CO gasoso; - meios para direcionar os constituintes do leito fluidizado na direção dos meios de separação ao alcançarem a parte de cima da parte condutora para separar o produto da redução do leito fluidizado e meios pára direcionar as fases gasosas do leito fluidizado para meios de reciclagem e meios para direcionar o produto da redução para a perna de retorno; - uma perna de retorno para acomodar um movimento subs- tancialmente para baixo do produto da redução; - meios para descarregar o gás de processo reciclado do leito fluidizado para posterior processamento; - meios para retornar pelo menos parte do produto de redução da perna de retorno para a câmara de reação, os mencionados meios tam- bém compreendendo uma saída para descarregar o produto final de redução da câmara de reação.

29. Equipamento conforme a reivindicação 28 ode os meios para retorno de pelo menos parte do produto de redução da perna de redução para a câmara de reação é um Ioop seal.

30. Equipamento conforme qualquer uma das reivindicações 27 a 29 compreendendo uma pluralidade de reatores de leito fluidizado conec- tados onde são fornecidos meios para transportar o produto da redução final de um leito fluidizado precedente para a câmara de reação de um reator de leito fluidizado subseqüente para outra redução do produto final de redução para um grau maior de redução e/ou onde são fornecidos meios para forne- cer as fases gasosas descarregadas de um leito fluidizado subseqüente em um reator de leito fluidizado precedente.

31. Equipamento conforme a reivindicação 30 onde são forneci- dos meios para a operação de um reator de leito fluidizado subseqüente a uma temperatura maior que a do reator de leito fluidizado precedente, prefe- rivelmente onde qualquer reator subseqüente opera a uma temperatura mais alta que qualquer reator de leito fluidizado precedente.

32. Equipamento conforme qualquer uma das reivindicações precedentes onde o equipamento é fornecido com um gaseificador, preferi- velmente do tipo de fluxo introduzido, para fornecer o CO gasoso, uma plura- lidade de leitos fluidizados circulantes conectados, preferivelmente 3, cada um compreendendo uma câmara de reação, para fornecer o produto de re- dução, e um reator de etapa final do tipo leito fluidizado borbulhante para também reduzir o produto de redução onde há uma ligação contínua entre o gaseificador, os leitos fluidizados circulantes e o reator de etapa final, prefe- rivelmente onde existe no equipamento uma sobrepressão de pelo menos 2, preferivelmente pelo menos 4 bars.

33. Equipamento conforme as reivindicações precedentes com- preendendo uma unidade de reciclagem para reciclar Zn e/ou Pb e/ou Cd de materiais metalíferos contendo Zn e/ou Pb e/ou Cd, a unidade compreen- dendo meios de aquecimento para permitir a redução de compostos conten- do Zn, Pb e/ou Cd pelo carbono sólido para Zn metálico, Pb metálico e/ou Cd metálico e para evaporar o Zn, Pb e/ou Cd para produzir Zn gasoso, Pb gasoso e/ou Cd gasoso.

34. Equipamento conforme a reivindicação 33 fornecido com: - meios de condensação para condensar e/ou solidificar o Zn gasoso, Pb gasoso e/ou Cd gasoso em Zn, Pb e/ou Cd líquido e/ou sólido, ou - meios de oxidação para oxidar os Zn, Pb e/ou Cd gasosos para compostos zinco-oxigênio, compostos chumbo-oxigênio e/ou compos- tos cádmio-oxigênio.

35. Uso do produto de redução produzido pelo método de qual- quer uma das reivindicações 6 a 26 em um processo de ferro esponja para produção de hidrogênio.