BRPI0903249A2 - processo de classificação e concentração de partìculas ferromagnéticas por ação de campo magnético controlado - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE CLASSIFICAçãO E CONCENTRAçãO DE PARTìCULAS FERROMAGNéTICAS POR AçãO DE CAMPO MAGNéTICO CONTROLADO. Compreende a presente patente de invenção a um processo para utilização de campos magnéticos controlados visando classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, sendo que a separação praticada pode acontecer por diferença de teor ferromagnético, ou, em função de variações nas propriedades do campo controlado, podendo separar partículas ferromagnéticas com massas e tamanhos diferentes, controlando-se a intensidade e frequência do campo aplicado. Consistindo o processo inicialmente com a geração de finos cJe aço, misturados aos finos de óxidos, dentro do próprio conversor (1), gerando um volume extremamente grande de gases, que são direcionados para um sistema de limpeza e despoeiramento (3) e capturado através de um controle sistemático de pressão. Sendo, depois disso, direcionacio para um precipitador eletrostático (4), onde por ação de campos elétricos de altas intensidades (alta voltagem) separa-se o gás limpo (5) que é direcionado ao armazenamento, e o pó que foi arrastado pelo gás (6). Pó esse, com uma composição de cerca de 25% de ferro metálico e boa resposta magnética, que é descarregado (6) em um sistema de distribuição de carga (7), que por sua vez, alimenta de forma equitativa (8), as calhas (10) dos dispositivos de separação e concentração magnética (9).

Description

"PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO"

Refere-se a presente patente de invenção, que diz respeito à indústria siderúrgica, de mineração, ou quaisquer outras, que lidem ou gerem materiais magnéticos e ferromagnéticos, a um processo para utilização de campos magnéticos controlados visando classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, sendo que a separação praticada pode acontecer por diferença de teor ferromagnético, ou, em função de variações nas propriedades do campo controlado, podendo separar partículas ferromagnéticas com massas e tamanhos diferentes, controlando-se a intensidade e freqüência do campo aplicado.

Desde há muito tempo a indústria utiliza-se do magnetismo em processos de separação de materiais ferromagnéticos de outros que não possuem esta propriedade. Para tanto, os campos magnéticos utilizados são, predominantemente, gerados por correntes contínuas em eletroímãs, ou ainda, pela utilização de ímãs confeccionados com metais de terras raras.

O magnetismo é uma propriedade natural de algumas poucas substâncias, na natureza a mais comum é a magnetita, minério de ferro, de oxidação intermediária, que apresenta um magnetismo significativo. Para a utilização de ímãs de intensidade relevante são fabricados ímãs artificiais de várias composições, sendo a principal, que apresenta os maiores campos, metais de terras raras.

O campo magnético pode também ser gerado pela ação de correntes elétricas aplicadas em um condutor, onde o comportamento do campo gerado é idêntico ao da corrente que o gerou, sendo assim, uma corrente contínua gera um campo contínuo e correntes alternadas geram campos alternados. A intensidade do campo é função da corrente que o gerou, bem como do número de condutores que geram este campo, e por fim, da distância do campo analisado ao condutor gerador deste campo.

O campo magnético tem propriedades e comportamentos de ciclo fechado, isto é, o campo magnético é composto por linhas magnéticas que se apresentam em um regime de contorno fechado. Estas linhas são geradas como anéis, ao redor de um condutor, de forma que não têm um ponto de início ou fim. Em ímãs naturais, o campo passa internamente, no ímã, do pólo sul para o norte, e externamente, do norte para o sul, fechando o ciclo.

Outra propriedade importante do magnetismo consiste em que o mesmo se concentra onde houver uma quina ou ponta, isto é, se um cone for transformado em ímã, de forma que a direção do seu campo for paralelo ao eixo do cone, a ponta do cone apresentará um campo extremamente mais denso do que o campo do pólo da base, embora de mesma intensidade, os campos terão densidades magnéticas diferentes.

A utilização de campos magnéticos gerados por correntes magnéticas tem sido de grande significância na indústria, desde os tempos remotos. Um grande exemplo consiste na transformação e transmissão de energia elétrica a grandes distâncias utilizando-se dos princípios desenvolvidos e aplicados pela Lei de Lenz.

A utilização de campos elétricos alternados é de vasta aplicação, não só na transformação para transmissão, mas principalmente na transformação de energia elétrica em energia mecânica, como a utilização de motores elétricos em todas as áreas da indústria, onde se utilizam tanto motores de corrente contínua como motores de corrente alternada. Estes últimos por muito tempo foram equipamentos de grande uso, por apresentarem um bom rendimento, mas limitados à dificuldade de controle de sua velocidade, já que para máquinas elétricas alternadas, a velocidade de operação está intimamente ligada à freqüência de trabalho da corrente elétrica alternada aplicada.

Com a necessidade de um melhor desempenho e controle foram desenvolvidos dispositivos conhecidos como inversores de freqüência, ou cicloinversores, que permitem que as freqüências de trabalhos destas máquinas sejam alteradas para freqüências maiores ou menores, que a fornecida pela rede, sem perdas significativas de rendimento das mesmas.

É de grande importância para a indústria siderúrgica, de mineração, e outras que lidam com materiais magnéticos e ferromagnéticos, a utilização do magnetismo para a separação destes materiais magnéticos de outros não magnéticos que os acompanhem. A indústria, de uma forma geral, utiliza-se deste principio magnético, há muito, para a recuperação de materiais magnéticos que são descartados, juntamente com outros não magnéticos de aproveitamento menos signifi cante.

A separação magnética, contudo, não apresenta uma separação efetiva sempre, pois, quanto menores forem as partículas que compõem o material, maior o risco de que a separação seja menos efetiva. Campos magnéticos contínuos apresentam um fenômeno chamado 'engaiolamento', que consiste no aglomerameto das partículas ferromagnéticas, por adquirirem magnetismo residual, de forma a prender no interior deste aglomerado, partículas não magnéticas indesejáveis, junto com as que se quer separar.

A ação de campos alternados, por sua vez, não promove a adequada separação única e exclusivamente aplicando-os em uma mistura de partículas ferromagnéticas e não magnéticas.

Como exemplo pode-se citar as partículas que compõem o pó de aciaria. Este pó é composto por partículas de ferro metálico, bem como óxido de ferro (FeO, Fe2O3) além de outros compostos não magnéticos (SiO2, AI2O3, CaO, MgO, etc.), quando submetida à separação magnética, após a devida desagregação de suas partículas, por um campo constante contínuo, apresenta o engaiolamento das partículas ferromagnéticas, prendendo em seu interior as partículas não magnéticas indesejáveis, junto com as que se pretende separar. Já a aplicação de um campo alternado, apresenta um baixo rendimento em função da grande inércia das partículas metálicas em resposta à freqüência de trabalho deste campo.

Para que o principio do magnetismo tenha o efeito desejado em partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas, separando-as das demais, não magnéticas, é necessário que este campo seja aplicado com um controle mais detalhado de sua operação.

A presente patente, neste sentido, apresenta um processo de implementação e melhoria do tratamento de concentração de partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas através de uso do magnetismo, pela aplicação de um método de controle deste campo magnético. O processo se baseia em controlar mecanicamente e eletricamente a disposição espacial do campo magnético, bem como a freqüência e intensidade deste campo, de forma que partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas sejam separadas das não magnéticas, por alteração no vetor de movimento que o conjunto de partículas inicialmente apresente. Esta mudança de sentido e direção de movimento permite que a separação se dê de forma eficiente.

Ainda pode-se utilizar do controle de intensidade e freqüência do campo magnético para que as partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas sejam submetidas a um processo de classificação por diferenças de tamanho (para partículas de mesma densidade) e de massa (para partículas de densidades diferentes). Neste caso, o controle da freqüência e da intensidade do campo alternado aplicado se dá pela utilização de dispositivos inversores de freqüência e de controle de intensidade de campo.

Quando maior a intensidade do campo magnético, maior o tamanho das partículas arrastadas e menor a necessidade de sua composição ferromagnética, em função da alta resposta que as mesmas apresentam. Para partículas de tamanhos diferentes, mas com a mesma composição ferromagnética, campos de freqüências diferentes apresentam resultados diferentes, quanto maiores as freqüências utilizadas nos campos, menores as partículas arrastadas, em função da inércia menor destas. A associação destes princípios permite selecionar partículas pela composição (pureza) de seu material ferromagnético, bem como classificar partículas de mesma composição por tamanhos diferenciados, sem a necessidade de qualquer peneiramento.

Este método de tratamento de materiais compostos por partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas, e por partículas não magnéticas, apresenta vantagens ambientais e econômicas significativas, que consistem no processamento deste material sem a necessidade do consumo de água, quando a obtenção destas partículas for sem a presença de água.

A utilização deste processo permite uma recuperação metálica de materiais processados, de origem siderúrgica, muito maior que as praticadas nos processos convencionais, e com uma eficiência maior. Este processo pode atuar tanto diretamente nos materiais gerados diretamente por processos a seco, quanto ser utilizado no tratamento de recuperação de teor metálico de rejeitos e médios gerados em processos de concentração a úmido, permitindo assim um rendimento de massa e metálico maiores.

Este processo se caracteriza principalmente pela apresentação de um dispositivo básico que permite a aplicação dos mecanismos magnéticos descritos de forma ampla e modular. Onde o arranjo e combinação destes dispositivos geram efeitos complexos de acordo com o arranjo praticado, do material a ser tratado e do controle elétrico e mecânico na geração do campo magnético praticado.

O processo de classificação e concentração de partículas ferromagnéticas por ação de campo magnético controlado, objeto desta patente, pode ser mais bem compreendido reportando-se as figuras anexas, que integram este relatório descritivo e contém referências numéricas em conjunto com a descrição de suas particularidades técnicas. Figuras estas, que não restringem sua configuração quanto às suas dimensões, proporções e eventuais tipos de disposições inseridas e nem o alcance de sua aplicação prática.

A figura 1 ilustra o fluxograma de processamento do pó de aciaria por um sistema de concentração e separação magnética, desde a geração dos pós dentro do conversor, passando pela limpeza dos gases por precipitador eletrostático até o direcionamento deste pó aos separadores magnéticos, de onde se obtêm os produtos finais, magnético e não magnético.

A figura 2 ilustra a disposição dos enrolamentos que estão instalados no dispositivo onde, para cada fase separada de um sistema trifásico de alimentação são utilizadas quatro espiras instaladas no núcleo magnético a 90° entre si, em um núcleo de 12 pólos, e onde, com uma defasagem mecânica de 120° entre si, são instaladas as fases elétricas, o que faz com que a variação de fluxo magnético causado pela corrente alternada de cada fase, somada à defasagem fasorial, que estas possuem, crie-se um campo resultante de intensidade constante, porém, com mudança cíclica de direção e sentido, criando assim o fenômeno do campo girante.

A figura 3 ilustra com mais detalhe a ação operacional do princípio de funcionamento do dispositivo magnético, de forma que se associando o controle da intensidade da corrente que circulará nas bobinas a um sistema de variação de freqüência, pode-se controlar não só a intensidade da força de atração do núcleo, mas também sua velocidade de giro, assim enquanto a alimentação, composta pelo material misturado, é direcionada ao fim da calha de alimentação, o campo girante atua atraindo o material ferromagnético por sobre o equipamento cilíndrico, descarregando-o em um distribuidor próprio, enquanto a parcela não magnética segue para descarga na extremidade inferior da calha.

De acordo com estas figuras e suas referências numéricas, o processo se inicia com a geração de finos de aço, misturados aos finos de óxidos, dentro do próprio conversor (1). Esses finos são gerados durante o processo de sopro de oxigênio (2) dentro do conversor (1), o que gera um volume extremamente grande de gases (principalmente monóxido de carbono) que são direcionados para armazenamento e posterior uso como combustível, para tanto, o gás deve passar por um sistema de limpeza e despoeiramento (3) que o captura através de um controle sistemático de pressão, controlando para que não seja succionado ar junto com o gás, nem o mesmo vaze para o exterior. Este gás é por fim direcionado para um precipitador eletrostático (4), onde por ação de campos elétricos de altas intensidades (alta voltagem) separa-se o gás limpo (5) que é direcionado ao armazenamento, e o pó que foi arrastado pelo gás (6).

Este pó, com uma composição de cerca de 25% de ferro metálico, com boa resposta magnética, é então descarregado (6) em um sistema de distribuição de carga (7), que por sua vez, alimenta de forma equitativa (8), as calhas dos dispositivos de separação e concentração magnética (9).

Esse dispositivo é composto por uma calha (10), onde um parafuso sem fim promove o deslocamento do material, ao mesmo tempo em que promove sua agitação. Este material é então submetido à ação de um campo girante (15) em sentido perpendicular (11) ao movimento da carga na calha, de forma que a parcela ferromagnética do material é arrastada no sentido do giro do campo, vindo a ser descarregado em distribuidores (12), de onde o material é direcionado ao acondicionamento e armazenamento (13).

A parcela não magnética se mantém na calha até ser descarregada na extremidade inferior da calha para posterior armazenamento e direcionamento a reciclagem (14). O princípio operacional deste campo girante (15) é trifásico, ou seja, alimentado por três fases elétricas distintas, e estas fases são aplicadas diferenciadas no núcleo através de enrolamentos diferenciados, quatro para cada fase, de forma que sempre haverá dois pólos norte (16) e dois pólos sul (17) gerados pela associação das resultantes dos campos de cada bobina isoladamente.

Sendo o material alimentado na calha (10) e à medida que segue em direção à extremidade inferior desta calha é submetido ao campo magnético girante (17), que promove o arraste das partículas ferromagnéticas por sobre o dispositivo gerador (18) do campo girante (15), desçarregando-as em um distribuidor (19) de onde este material concentrado será direcionado (20) ao acondicionamento e armazenamento. A parte não magnética permanece na calha e é descarregada na extremidade inferior da mesma (21).

Este processo permitirá que os pós que são gerados durante a fabricação do aço sejam tratados e recuperados, sem, no entanto, utilizar-se de água para isso. Como os processos de limpeza de gases por precipitadores eletrostáticos não se utilizam de água para operar, os pós por eles capturados são obtidos secos, e, portanto, sem aglomerações posteriores, o que permitirá a ação da concentração, uma vez que as partículas que compõem este pós já estão individualizadas.

Com isso, poder-se-á obter um material de boa qualidade magnética, limpo, sem consumo de água, ou contaminação da mesma, ao mesmo tempo em que por ação de uma ou mais etapas de separação magnética e concentração do material ferromagnético, pode-se obter um material de alto teor metálico e o material magnético, por sua composição rica em óxidos, poderá ser redirecionada para a reciclagem em fábricas de cimento, construção civil, fabricação de fertilizantes, correção de solo, etc.

A maior vantagem deste processo é sua maior eficiência em comparação com processos convencionais de separação magnética, baseado nos seguintes fatos: (i) aqui se utilizará o campo de acordo com a finalidade específica de cada material, com uma resposta adequada a este material; (ii) utiliza-se de componentes que permitem uma manutenção unitária, não comprometendo a operação do equipamento como um todo; (iii) sua versatilidade permite que um único equipamento seja ajustado para os fins adequados (concentrador e separador); (iv) baixo consumo de energia, uma vez que é alimentado por equipamentos de baixo consumo.

Para se obter a devida concentração de conteúdo ferromagnético metálico, por exemplo, extraído dos pós de aciaria, basta que este pó seja submetido a um campo forte inicialmente, separando o que é magnético do que é não magnético, e por fim, toma-se esse concentrado magnético e o submete a um campo de menor intensidade, separando- se o que é ferromagnético metálico do que é óxido, uma vez que este último tem uma resposta magnética menor.

Por fim, para aumentar a capacidade de produção de um equipamento assim, basta aumentar o número de dispositivos unitários (tapes) sem necessidade aumento de projeto ou de reconstrução de equipamento.

Claims (7)

1. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", um processo para utilização de campos magnéticos controlados visando classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, caracterizado por iniciar com a geração de finos de aço, misturados aos finos de óxidos, dentro do próprio conversor (1); finos esses, gerados durante o processo de sopro de oxigênio dentro do conversor (2), que geram um volume extremamente grande de gases (principalmente monóxido de carbono); gases esses, que são direcionados para armazenamento e posterior uso como combustível e submetidos a um sistema de limpeza e despoeiramento (3), que os capturam, através de um controle sistemático de pressão, para que o ar não seja succionado junto com o gás e este não vaze para o exterior; sendo esse gás, depois disso, direcionado para um precipitador eletrostático (4), onde, por ação de campos elétricos de altas intensidades (alta voltagem), separa o gás limpo (5), que é direcionado ao armazenamento, do pó que foi arrastado pelo gás (6); dito pó, com uma composição de cerca de 25% de ferro metálico e boa resposta magnética, que é então descarregado (6) em um sistema de distribuição de carga (7), que por sua vez, alimenta de forma equitativa (8), as calhas (ou do) dos dispositivos de separação e concentração magnética (9), onde a parcela não magnética se manter em uma calha (10) até ser descarregada na sua extremidade inferior e a parte magnética é recolhida para posterior armazenamento e direcionamento a reciclagem(14).

2. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1 caracterizado por, os dispositivos de separação e concentração magnética (9) serem compostos por calha (10), onde um parafuso sem fim promove o deslocamento do material, ao mesmo tempo em que promove sua agitação, sendo o material submetido à ação de um campo girante (15) em sentido perpendicular (11) ao movimento da carga na calha, de forma que a parcela ferromagnética do material é arrastada no sentido do giro do campo, vindo a ser descarregada em distribuidores (12), de onde o material é direcionado ao acondicionamento e armazenamento (13).

3. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 2, caracterizado por o princípio operacional do campo girante (15) ser trifásico, ou seja, alimentado por três fases elétricas distintas; sendo essas fases aplicadas diferenciadamente no núcleo, através de enrolamentos diferenciados, quatro para cada fase, de forma que sempre haverá dois pólos norte (16) e dois pólos sul (17) gerados pela associação das resultantes dos campos de cada bobina isoladamente.

4. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNFTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 3, caracterizado por o material ser alimentado na calha (10) e, na medida que segue em direção à extremidade sua inferior, submetido ao campo magnético girante sul (17), que promove o arraste das partículas ferromagnéticas por sobre o dispositivo gerador (18) do campo girante, desçarregando-as em um distribuidor (19) de onde o material concentrado é direcionado (20) ao acondicionamento e armazenamento e a parte não magnética, que permanece na calha (10), descarregada na extremidade inferior da mesma (21).

5. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1 caracterizado por ser obtido um material de boa qualidade magnética, limpo, sem consumo de água, ou contaminação da mesma, ao mesmo tempo em que por ação de uma ou mais etapas de separação magnética e concentração do material ferromagnético, obter um material de alto teor metálico e o material magnético, por sua composição rica em óxidos.

6. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1 caracterizado por oferecer maior vantagem e eficiência em comparação com processos convencionais de separação magnética, por utilizar o campo de acordo com a finalidade específica de cada material, com uma resposta adequada a este material; utilizar de componentes que permitem uma manutenção unitária, não comprometendo a operação do equipamento como um todo; por sua versatilidade permitir que um único equipamento seja ajustado para os fins adequados (concentrador e separador); ter baixo consumo de energia, sendo alimentado por equipamentos de baixo consumo.

7. "PROCESSO DE CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1 caracterizado por poder obter a devida concentração de conteúdo ferromagnético metálico extraído dos pós de aciaria; bastando, nesse caso, apenas que esse pó seja submetido a um campo forte inicialmente, separando o que é magnético do que é não magnético, e por fim, tomando o concentrado magnético e submetendo-o a um campo de menor intensidade, para separar o que é ferromagnético metálico do que é óxido que tem uma resposta magnética menor; podendo ainda, em todos os casos, aumentar a capacidade de produção aumentando o número de dispositivos unitários (tapes) sem necessidade aumento de projeto ou de reconstrução de equipamento.