BRPI0917332B1 - Method for processing and / or reducing solid or molten materials and / or pyrophoric materials - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PROCESSAMENTO E/OU REDUÇÃO DE MATERIAIS SÓLIDOS OU FUNDIDOS E/OU MATERIAIS PIROFÓRICOS".

[001] A invenção refere-se a um método para processamento e/ou redução de materiais sólidos ou fundidos e/ou materiais piroforicos, em particular frações leves de retalhador, pneus usados rasgados, carepa de laminação oleosa, PCB (bifenóis policlorados), madeira usada contaminada, material escavado contaminado (dioxinas ou furanos), resíduos de destilação de petróleo e lama de esgoto seca.

[002] Poerias e escórias, em particular escórias de refugos, frações leves de retalhador, materiais compostos tais como folhas revestidas de alumínio, escória de aço bem como escória da metalurgia de não ferrosos e de tecnologia de inorgânicos, contêm um número de óxidos metálicos, onde quantidades consideráveis de óxidos de metais pesados estão contidos na escória no caso de escória de aço. Para reduzir tais óxidos metálicos indesejáveis e, em particular, os óxidos de cromo, vanádio, molibdênio, tungstênio, cobalto, manganês, chumbo, cobre e zinco, já foi proposto derramar o fundido líquido em um banho adequado de redução de metal, em particular banho de ferro, contendo carbono dissolvido, com o que os metais reduzidos passarão no régulo metálico. Para a implementação econômica de tal método, é, entretanto, necessário em muitos casos usar os materiais de partida diretamente como um fundido para ser capaz de utilizar o calor sensível do fundido. Em todas as reações redox desse tipo, a escória está, além disso, em equilíbrio com o banho metálico e, devido às condições de equilíbrio, os óxidos de metal pesado não puderam ser nunca completamente reduzidos até um ponto em que os óxidos remanescentes na escória estivessem abaixo do limite de detecção analítica. Isto se aplica, em particular, aos óxidos de cromo e vanádio, que permaneceram na escória reduzida em quantidades principal mente excedendo 1.000 ppm.

[003] Vidros e, em particular, fundidos de vidro podem ser apenas produzidos de forma incolor, se mesmo traços extremamente leves de óxidos metálicos forem quantitativamente removidos de tais fundidos de vidro, uma vez que óxidos metálicos prejudicariam as respectivas cores para o vidro. Quando se processa vidro ou fundido de vidro, o refino será, como regra, adicionalmente necessário para remover confiavelmente até as mais finas bolhas de vidro, uma vez que elas sejam formadas nos processos de redução para eliminar óxidos metálicos. Isto será apenas viável a temperaturas adequadamente altas e com metais adequadamente baixo-viscosos bem como a níveis de banho relativamente baixos que ainda permitam o escapamento de gases.

[004] Nesse contexto, já foi proposto no WO 2006/079132 A1 alimentar partículas sólidas e/ou fundidos em um leito ou coluna pelo menos parcialmente e indutivamente aquecidos contendo coque empelotado, e recolher o fundido reduzido e/ou desgaseificado que passa. Tal leito de coque tem um potencial de redução substancialmente maior que os banhos de metal conhecidos, onde tanto as operações de fusão quanto de redução são executadas diretamente no leito de coque ou nas partículas de coque. Esse método, entretanto, envolveu a desvantagem de o leito de coque ter teores de enxofre relativamente altos e apenas acoplar a frequências de indução muito altas, atraindo assim despesas muito altas em termos de equipamento elétrico. As frequências respectivas foram de cerca de 50 a 100 kHz, o que por sua vez resultou no fato de que a energia necessária poderia apenas ser introduzida na borda externa do leito de coque devido ao efeito pelicular. Para aquecer suficientemente o leito de coque também no centro da aglomeração, foi necessária uma alta entrada, uma vez que a condução térmica através do coque a partir da zona da borda aquecida indutivamente até o centro do mesmo ocorreu apenas em uma extensão muito pequena. O método conhecido, além do mais, envolveu a desvantagem de que o coque foi gradativamente consumido no decurso das reações de redução e, portanto, teve que ser continuamente reabastecido, o que provocou medidas relativamente caras em termos de equipamento. Um problema principal foi que, quando se alimentou coque frio na aglomeração em brasa, o coque foi decomposto em poeira extremamente fina, de forma que uma porosidade suficientemente alta da aglomeração não foi mais garantida, e altas perdas de pressão tiveram que ser aceitas.

[005] A invenção visa a melhorar um método do tipo definido inicialmente no sentido de que, enquanto evita as desvantagens acima mencionadas, não apenas materiais sólidos, mas também fundidos podem ser quantitativamente liberados de óxidos de metais pesados em uma maior extensão de forma particularmente simples e econômica e que, em particular, um número de óxidos de metais pesados pode ser eliminado até abaixo dos limites de detecção, onde deve, ao mesmo tempo, ser garantido que os fundidos carregados ou formados no decurso do processo serão completamente desgaseificados ou refinados. Em particular, é possível processar prontamente materiais problemáticos como frações leves de retalhador.

[006] Para resolver esse objetivo, o método conforme a invenção consiste essencialmente no fato de que os materiais sólidos ou fundidos são carregados em um corpo de grafite pelo menos parcialmente e indutivamente aquecido, são introduzidos agentes de redução diferentes do carbono do grafite, e o fundido que flui reduzido e/ou desgaseificado é coletado, onde os agentes de redução são introduzidos juntamente com os materiais de carga sólidos ou fundidos, e, como os mencionados agentes de redução, gás natural, poeira de linhita, hidrocarbonetos, hidrogênio, monóxido de carbono e/ou amônia são introduzidos juntamente com vapor d'água, oxigênio, dióxido de carbono e/ou halogênios ou halogenetos de hidrogênio.

[007] Uma vez que os agentes de redução não são mais formados aquecendo-se indutivamente o aglomerado, mas são introduzidos e, em particular, introduzidos juntamente com os materiais de carga sólidos ou fundidos ou como materiais de carga sólidos ou fundidos ou materiais pirofóricos, o corpo de grafite aquecido indutivamente não é usado, ou consumido apenas até uma certa extensão, de forma que dispositivos caros para reabastecimento de grafite podem ser completamente evitados. Uma vez que o aglomerado de grafite não é basicamente usado, tornou-se possível ajustar-se tanto o gradiente axial quanto o radial dos parâmetros de grafite dentro do aglomerado. É assim, por exemplo, possível para otimizar as condições de temperatura e fluxo, influenciar localmente o tamanho, forma, teor cristalino e conduitância elétrica dos corpos de grafite individuais para alcançar os efeitos respectivos. Em adição aos reagentes já mencionados, poeiras de siderurgia oxidadas e pré-tratadas termicamente podem também ser empregadas. Chumbo, halogênios e álcalis são expelidos durante o pré-tratamento térmico para fora do reator de modo a permitir que zinco muito puro, opcionalmente na forma de óxido, seja recuperado do gás de escapamento do método conforme a invenção.

[008] O agente redutor pode ser introduzido como um componente dos materiais de carga sólidos ou fundidos ou separadamente dos materiais de carga.

[009] A fração leve de retalhador é carregada no grafite e gaseificada a cerca de 1500-2000*0. Devido às altas temperaturas e à atmosfera redutora, dioxinas, furanos, e PCBs podem ser rachados imediatamente. O alcatrão pode da mesma forma ser gaseificado. O coque de pirólise produzido é gaseificado pela adição de vapor d'água e/ou de oxigênio. O enxofre possivelmente contido é dissolvido como sulfeto de cálcio na escória ajustada adequadamente. Componentes metálicos e de escória são liquefeitos e podem ser aproveitados separadamente. O gás contaminado produzido é sugado para o tratamento de gás e purificado ali. Devido ao vapor d'água e oxigênio injetados como agentes de gaseificação, o gás purificado não será diluído pelo ar e, portanto, será livre de óxidos de nitrogênio (NOx). O gás é preferivelmente usado com gás redutor nos altos fornos ou para processos de redução direta, como um gás combustível alternativo em fornos de escória de cimento, para vários fornos metalúrgicos (de preaquecimento), para a conversão direta em eletricidade (por exemplo, em motores a gás) ou para a síntese de Fischer-Tropsch devido ao seu alto teor de H2.

[0010] Uma vez que as partículas sólidas e/ou os fundidos sejam carregados em um corpo de grafite indutivamente aquecido e agentes de redução sejam introduzidos, tornou-se possível fornecer a energia térmica necessária para a redução independentemente da reação de redução que ocorre. O corpo de grafite pode, nesse caso, ser formado preferivelmente por um leito, uma coluna ou um aglomerado de grafite grumosa. Alternativamente, o corpo de grafite pode ser configurado como um bloco de grafite compreendendo ranhuras, furos ou similar. O que todas essas configurações têm em comum são as folgas que permanecem entre as protuberâncias de grafite do leito, ou nas ranhuras ou furos do bloco de grafite, no qual ocorrem principal mente as folgas da reação de redução na fase gasosa. A redução nessas folgas do corpo de grafite pode ocorrer imediatamente, onde também ocorrerá uma aglomeração de fundido devido à alta turbulência e forças de superfície. Os mecanismos de reação podem compreender tanto a redução indireta do óxido metálico com monóxido de carbono para metal e dióxido de carbono, ou com hidrogênio para metal e água, e a redução direta do óxido metálico com carbono para metal e monóxido de carbono. O dióxido de carbono é por sua vez convertido em monóxido de carbono com carbono reativo, e formando água reagirá com o carbono para hidrogênio e monóxido de carbono através de uma reação água gás.

[0011] Uma vez que o método conforme a invenção torna possível fornecer separadamente a energia térmica necessária e o agente de redução, uma pluralidade de diferentes agentes de redução pode ser empregada, onde o agente de redução realmente empregado pode ser selecionado como uma função dos requisitos de redução e dos aspectos econômicos.

[0012] O grafite, que é um condutor elétrico muito bom, já se acopla a frequências de indução substamcialmente menores e, em particular, a frequências de mais de 0,5 kHz de forma que as desvantagens mencionadas acima em termos de instalações elétricas podem ser evitadas. A condutividade elétrica do grafite diminui com o aumento da temperatura. Mas o fato de que o acoplamento do grafite já é induzido a menores frequências de indução ajuda a evitar um efeito pelicular pronunciado de modo a permitir que a energia de entrada penetre mais profundamente na seção transversal do corpo de grafite e, portanto, forneça um aquecimento indutivo mais uniforme. A frequência de indução nesse caso é, entretanto, grandemente e livremente selecionável de forma que seja também concebível escolher maiores frequências para alcançar deliberadamente um efeito pelicular mais forte. Isto será útil se a zona de borda for aquecida até certo ponto em que, devido à alta viscosidade dos gases nas zonas de bordas superaquecidas, a maioria dos gases da reação será focalizada na direção do centro do reator, com o material refratário do reator sendo protegido pela tranbsferência de massa minimizadarelativa à viscosidade que ocorre na zona das bordas. Ao mesmo tempo, a condutividade térmica do grafite é multiplamente maior que a do coque de forma que a equalização de temperatura pela condução de calor ocorrerá por toda a seção transversal do corpo de grafite em adição a um aquecimento indutivo mais uniforme.

[0013] De acordo com uma configuração preferida da presente invenção, o método pode ser também desenvolvido para o efeito de que materiais sólidos ou fundidos e os agentes de redução diferentes do carbono ou do grafite bem como, opcionalmente, os materiais de carga sólidos ou fundidos sejam sugados no leito de grafite. Isto pode ser realizado pelo fato de que o graditente de pressão é ajustado sobre o comprimento axial do aglomerado de grafite, cujo gradiente de pressão permite que as partículas e os gases fluam da extremidade de carga do aglomerado até a extremidade de torneira. Dessa forma, a aplicação segura do método conforme a invenção será garantida.

[0014] Se, como em correspondência com a configuração preferida da presente invenção, poeira de carvão ou poeira de linhita for introduzida como o mencionado agente de redução, um potencial de redução que é multiplamente maior que o do leito de coque (conforme o WO 2006/079132 A1) será alcançado. Quando incidirem sobre, ou penetrarem nas folgas do corpo de grafite indutivamente aquecido, a poeira de carvão juntamente como também introduzido oxigênio/vapor d'água é imediatamente convertida em monóxido de carbono e hidrogênio de modo a garantir uma redução altamente eficiente dos reagentes. Uma outra vantagem reside no fato de que a poeira de carvão é substancialmente mais econômica que o coque. Poeira de linhita, que está disponível em uma forma de custo bastante eficaz, é particularmente adequada para a implementação do método conforme a invenção. Por um lado, como a poeira de linhita que é, em oposição à poeira de carvão puro, relativamente fortemente carregada com substâncias acmpanhantes, resulta em uma pluralidade de substâncias volatilizadas tendo altos potenciais de redução durante a pirólise e, por outro lado, como o teor de enxofre relativamente alto contido na poeira de linhita passa completamente na fração de escória, eliminando assim totalmente os problemas e custos da dessulfuração do gás de escapamento envolvidos nesse tipo de uso de poeira de linhita.

[0015] Em uma forma preferida, o método é também desenvolvido para efeito de que agentes de reação sólidos são introduzidos com o auxílio de um gás transportador e, em particular, nitrogênio, C02, 02, ou ar. Isto, por outro lado, garantirá a distribuição homogênea na superfície do aglomerado, dos materiais a serem reduzidos ou fundidos e, por outro lado, evitará a formação de quantidades maiores de produto gás, evitando assim o arrastamento excessivo de partículas do aglomerado e limitando a perda de pressão do aglomerado.

[0016] De acordo com uma forma preferida de operação, gases podem ser injetados no corpo de grafite aquecido indutivamente fornecido na invenção, particularmente no leito ou no aglomerado compreendendo grafite ondulado, de modo a permitir que o potencial redox do corpo de grafite seja controlado dentro de limites amplos. O potencial redox pode, por exemplo, ser neutralizado para permitir um controle do processo pelo qual apenas metais mais nobres serão reduzidos a partir de seus óxidos metálicos, enquanto metais menos nobres permanecerão no fundido. Ao mesmo tempo, tal fornecimento de gás, em adição ao ajuste do potencial redox, também permite uma mudança de temperatura para as substâncias volatilizantes nas regiões respectivas do corpo de grafite. A temperatura do corpo de grafite pode ser controlada de maneira particularmente simples durante o aquecimento indutivo pela mudança da entrada de energia elétrica de modo a permitir o controle completo do processo que pode levar em consideração um grande número de diferentes parâmetros em um reator relativamente pequeno e estruturado de maneira simples. A temperaturas adequadamente altas será prontamente viável reduzir até mesmo os óxidos de cromo e de vanádio.

[0017] Os materiais de carga podem ser preferivelmente carregados diretamente no corpo de grafite em brasa, onde, no decurso do método conforme a invenção, uma rápida desgaseificação ou refino dos vidros fundidos serão alcançados, por exemplo, a temperaturas adequadamente elevadas devido à camada relativamente fina. Temperaturas de 2000Ό e maiores podem ser prontamente alcançadas através de um corpo de grafite aquecido indutivamente e, em particular, um leito ou coluna aquecido indutivamente compreendendo grafite ondulado. O uso de um material ondulado serve principal mente para garantir a permeabilidade desejada para gases e fundidos líquidos.

[0018] De acordo com uma configuração preferida da presente invenção, o método é também desenvolvido com o efeito de que o grafite seja usado na forma de esferas, cilindros, blocos, compactos peletizados e/ou detritos de eletrodo. Selecionando-se adequadamente a forma geométrica na qual o grafite está presente no aglomerado, a densidade do aglomerado e, portanto, a perda de pressão a ser esperada através do aglomerado pode ser adaptada aos requisitos respectivos. De uma forma de custo particularmente eficaz, em uma forma geometricamente muito adequada, o grafite pode ser empregado na forma de eletrodos usados e catodos de grafite usados da eletrólise de Al (= SPL ->· potliner gasto) aplicado na produção de aço elétrico. Os SPLs contêm até 15% de álcalis e até 1% de CN (cianetos), são usados eletrodos de grafite principal mente da produção de Al e constituem um grande problema de descarte pelo mundo. Quando se usam SPLs, o cianeto é destruído a Τ>900Ό (HCN -» H2+C+N2) e os álcalis passam na formação da escória produto. Quando se usa vapor d'água, o NaCN de um SPL é dissolvido no Na20 da escória conforme a fórmula abaixo: NaCN + H20 -> Na20 + HCN

[0019] Os tamanhos dos corpos de grafite nesse caso variam entre cerca de 5 mm a cerca de 5 cm em termos de diâmetro.

[0020] Vantajosamente, os corpos de grafite podem, entretanto, também ser compreendidos de uma mistura de grafite e pó catalisador, que foi prensado e opcionalmente sinterizado, para transmitir propriedades catalíticas especiais ao aglomerado e adaptá-lo aos requisitos do processo químico e físico considerados como sendo adequados nos casos respectivos. Nesse contexto, é também concebível, de acordo com uma configuração preferida da presente invenção, prensar os corpos de grafite com sais e/ou metais ou cerâmicas adequados para ajustar suas condutividades elétricas.

[0021] Para ajustar as propriedades de fluxo do aglomerado de grafite na coluna até um nível ótimo, o método conforme a invenção é também, vantajosamente, desenvolvido com o efeito de que os corpos de grafite sejam configurados de forma controlada em relação às suas microporosidades. De uma maneira preferida, o método conforme a invenção é executado, de forma que o mencionado aquecimento indutivo seja efetuado pela aplicação de corrente a duas frequências diferentes, selecionando-se uma baixa e uma alta frequências. A alta frequência preferivelmente varia entre 3 e 15 kHz e serve para aquecer indutivamente o grafite. A baixa frequência está preferivelmente abaixo de 0,5 kHze provoca uma força Lorenz que age nos corpos de grafite de modo a fazê-los se movimentarem. Como resultado, o estoque de carga quente, reduzido, é agitado pelos corpos de grafite devido ao impulso eletrodinâmico que age no mesmo. Esse efeito de agitação acelera significativamente as reações pela transferêncnia de massa/ troca de calor.

[0022] Para evitar que se formem pontes de corrente em peças de grafite adjacentes e a perda de calor assim provocada, o método é preferivelmente executado, de forma que o corpo de grafite seja introduzido como um aglomerado de uma mistura de grafite e corpos de embalagem inertes, em particular corpos de CaO ou MgO cataliticamente ativos. Os corpos de embalagem inertes evitam grandemente contatos diretos entre peças de grafite individuais, fazendo assim com que cada peça de grafite forme uma célula de aquecimento separada.

[0023] De uma forma preferida, o método conforme a invenção é executado, de forma que as poeiras de laminação de aço contendo zinco sejam carregadas juntamente com os materiais de carga para aglutinar o enxofre (ZnO + H2S ->·ZnS + H20).

[0024] O equipamento para processamento ou redução de materiais sólidos ou fundidos e /ou materiais pirofóricos, em particular frações leves de retalhador, é equipado com uma abertura de alimentação para o material sólido ou fundido e uma abertura no topo para o fundido tratado. Tal equipamento é essencialmente caracterizado por uma carcaça tubular ou em forma de calha contendo um corpo de grafite, e um equipamento de aquecimento circundando a carcaça e compreendendo pelo menos uma bobina de indução para aquecer indutivamente o corpo de grafite. Para ajustar seu potencial redox e/ou fornecer resfriamento local, a configuração é preferivelmente planejada de forma que tubos para alimentação de gases sejam conectados à carcaça. De uma maneira particularmente simples, a configuração pode ser planejada, de forma que uma carcaça tubular seja formada por um material eletricamente isolante tal como Al203 ou MgO, ou por pelo menos uma folha ou tapete eletricamente isolante e englobado por uma bobina de indução resfriada. Tal folha eletricamente isolante pode, por exemplo, ser compreendida de tapetes de cromo-corindon resistentes à alta temperatura cujo suporte mecânico no início é alcançado pela bobina de indução geralmente resfriada a água. Quando se alimenta o material fundido, ou durante a formação do fundido, a folha isolada eletricamente é rapidamente coberta por uma escória ou revestimento fundido, desde que a bobina de indução seja adequadamente resfriada, de modo a aumentar substancialmente a estabilidade mecânica da coluna e, ao mesmo tempo, eliminar completamente problemas com o material refratário. É, entretanto, também concebível fundir os corpos de indução na massa refratária de modo a permitir que os corpos de indução assumam também propriedades mecânicas. A massa refratária pode, nesse caso, ser compreendida de magnetita, espinela ou coríndio bem como concreto refratário.

[0025] Para ser capaz de mudar seccional mente a temperatura do corpo de grafite e, em particular, do leito ou coluna de grafite ondulado de uma maneira simples, a configuração é vantajosamente planejada de forma que a bobina de indução seja dividida em várias seções na direção axial da carcaça tubular, onde meios separados de medição de temperatura e/ou meios separados de medição de entrada de energia são preferivelmente fornecidos a seções axialmente consecutivas da carcaça tubular, e a temperatura e o regime redox são controláveis em seções separadas pelo ajuste da energia elétrica e/ou dos gases a serem injetados e/ou dos volumes dos gases.

[0026] O equipamento é configurado de forma que uma zona de desoxidação ou acalmamento seja arranjada para seguir axialmente a zona de redução, que está localizada na região do equipamento de aquecimento. Na mencionada zona, os produtos da reação que ocorrem na zona de reação são misturados, e goticulas de fundido são aglomeradas, de modo a obter um produto homogêneo. De uma maneira preferida, a zona de desoxidação é dimensionada de forma tal que o comprimento axial corresponda a uma ou duas vezes a largura da carcaça tubular de modo a alcançar através da misturação dos gases e, ao mesmo tempo, permitir que partículas sólidas ainda presentes na fase gasosa sejam fundidas. Para diminuir a taxa de fluxo, o diâmetro do reator é preferivelmente adaptado nessa região.

[0027] A seguir, a invenção será explicada em mais detalhes por meio de configurações exemplares do equipamento, que estão ilustradas esquematicamente no desenho. Ali, a figura 1 ilustra uma configuraão de um reator para acomodar uma coluna de grafite para executar o método conforme a presente invenção; a figura 2 mostra uma outra configuração de um reator. A figura 3 descreve um esquema de processo ilustrando a integração de um método conforme a invenção em uma aplicação industrial; a figura 4 descreve uma configuração preferida do equipamento de carregamento; e a figura 5 descreve uma configuração preferida do equipamento para carregamento de gramdes quantidades de poeira reagente.

[0028] A Figura 1 descreve um reator 1 contendo um leito de grafite ou uma coluna de grafite 16 e compreendendo uma base 2 e uma carcaça 3. A carcaça 3, na sua porção superior, que está localizada adjacentemente à extremidade de carga para partículas sólidas ou fundidas, afunila conicamente, enquanto forma um difusor para os lotes introduzidos, e transporta um dispositivo de alimentação para poeiras, escórias, fundidos e/ou lamas ou para vidros de óxido metálico, cujo equipamento de alimentação no presente caso é substancialmente compreendido de um ciclone de dosagem 4, ao qual os materiais a serem reduzidos ou desgaseificados são fornecidos por um transportador de rosca sem-fim 5, os mencionados materiais a serem reduzidos sendo mantidos em estoque em um funil de carga 6, opcionalmente misturados com o agente de redução e, se desejado, com aditivos como Si02. O ciclone de dosagem nesse caso é operado com um gás inerte como nitrogênio, onde uma lança 7, que é ajustável na direção axial, pode ser adicionalmente fornecida para introduzir poeira de carvão. Tal ciclone de dosagem está, por exemplo, descrito no WO 03/070651. A carcaça 3, em uma região axial, é cercado por uma bobina de indução 8 através da qual o aglomerado ou leito de grafite 16 pode ser indutivamente aquecido. Uma zona de desoxidação 9 é arranjada para seguir a porção da carcaça que compreende as bobinas de indução 8, onde nenhuma energia térmica é introduzida na zona de desoxidação, a qual funciona consequentemente como uma zona de desoxidação e misturação após a reação. Por 10 é denotado um corpo de deslocamento que, no caso mais simples, serve para manter livre a região de núcleo do grafite, que é possivelmente difícil de aquecer, e pode servir para otimizar o controle de fluxo. Ao mesmo tempo, é concebível alimentar gases adicionais através do corpo de deslocamento, ou prover o corpo de deslocamento com outros corpos de indução.

[0029] Na câmara 11, os gases de reação são separados do fundido metálico, onde os gases podem ser sacados através de uma abertura 12, enquanto o fundido escorre através de uma abertura 13. Por 14 é denotada uma abertura através da qual o aglomerado de grafite 16 pode ser renovado pela adição, por exemplo, esferas de grafite ou detritos de eletrodos. O controle de adição de gás e temperatura permite o ajuste tanto do gradiente redox quanto do gradiente de temperatura sobre o comprimento axial, isto é, na direção longitudinal do eixo 15 do reator, de modo a garantir uma escória isenta de óxido de ferro e isenta de óxidos de metais pesados e torneiras metálicas na região de torneiras13 e evitar problemas refratários também nesse local.

[0030] A parede da carcaça 3 do reator 1 pode ser compreendida de folhas refratárias simples, que são umedecidas pelo fundido durante a fusão ou a corrida do fundido de modo a formar uma escória adequada ou revestimentos fundidos. A bobina 8 projetada como um condutor de cobre resfriado a água, garantindo o resfriamento adequado da parede, e, portanto, a formação de uma camada de escória ou de revestimento fundido. Entre o equipamento de alimentação 4 e o corpo de grafite 16 pode ser arranjada uma zona de pré-combustão ou preaquecimento 17, no qual pelo menos um conduite (não ilustrado) para introduzir um transportador de energia e/ou um gás oxidante para pré-combustão ou preaquecimento pode abrir.

[0031] Após a queima na extremidade de alimentação/extremidade de torneiramento, e na coluna de grafite, queimar CO para C02 é basicamente possível e levará a um aumento na eficiência por uma entrada de calor fóssil. Nesse caso, a superfície do aglomerado de grafite, que de qualquer maneira é muito inerte, é parcialmente coberta pelo fundido da escória de modo a suprimir grandemente a reação Boudouard com o carbono grafite.

[0032] O fundido metálico formado pela coluna de grafite pode, além disso, ser carburado pela poeira de carbono, ou forma carbonetos dispersos no banho metálico, tais como carbonetos dos metais ferro, vanádio, cromo ou tungstênio. Em princípio, é também plausível reduzir o cromo das escórias para abaixo de 60 ppm mesmo quando se usa colunas de grafite relativamente curtas. A pureza de uma escória é da máxima importância, particularmente para "um terço da escória", que é usada em um processo de refusão de eletroescória para produzir aços de construção e para ferramentas de alta qualidade. A mencionada escória consiste essencialmente de um terço (em peso) cada de CaF2 (fluorita), CaO (cal) e Al203 (corindon) bem como, em alguns casos, de MgO, Si02 e similares. O método conforme a invenção é particularmente adequado para a produção de tais escórias, porque as impurezas Η, P, S, N2, C, Pb, Bi, CN, Na, K e B podem ser eliminadas de maneira particularmente eficiente. No momento, a mencionada escória é produzida fundindo-se substâncias de partida ultrapuras em um forno de arco elétrico. As temperaturas muito altas no arco elétrico (cerca de 8000^, pias ma) e o material do eletroso (grafite) provocarão, entretanto, uma carburação muito desfavorável e a formação de carbonetos de Ca e de Al bem como, parcialmente, também a sulfuração pelo enxofre residual do eletrodo de grafite. Similarmente, o nitrogênio do ar será dissolvido nessa escória. Outras possíveis impurezas permanecerão na escória produzida.

[0033] Em contraste, o método conforme a invenção oferece um número de vantagens: - temperaturas substancialmente menores, uniformemente distribuídas e níveis de temperaturas prontamente ajustáveis, sem picos de temperatura (leito de corpo de grafite aquecido indutivamente); - uma redução sob volatilização parcial de elementos indesejáveis pela adição de "negros de fumo" ultra puros, portanto uma situação de matéria prima substancialmente mais favorável; - a opção de "regeneração" de um terço da escória usada pela redução conforme a invenção; prevenção de depósitos de dejetos perigosos extremamente caros; e recuperação de componentes de ligação valiosos como Ni, Cr, V, W, Mo, Ta e similares; - nenhuma formação de pontes do estoque de carga dentro do reator, uma vez que ele é sugado no leito de grafite (isto constituindo um grande problema para a produção em um fornno elétrico: "nivelar" material irregularmente fundido); - um processo de fundição contínuo muito eficaz em custo, pequeno volume do reator (forno elétrico apenas descontínuo); - nenhum problema de refratário, uma vez que não há contato da escória com o material refratário na zona de indução; - uma alta eficiência de transformação de energia elétrica em calor, perdas de calor muito baixas em comparação com um forno de eletrodo; - a menor quantidade de gás de escapamento possível; o gás de sucção é preferivelmente um gás nobre inerte como Ar, ainda também nitrogênio como gás de reação, preferivelmente F2, mas também H20, Cl2, 02 ou suas misturas.

[0034] Em geral, escórias líquidas de diferentes origens podem ser usadas, e é possível acima de tudo reduzir o óxido de níquel, óxido de ferro, óxido de fósforo, óxido de zinco, óxido de chumbo, óxido de manganês, óxido de cobre, óxido de vanádio e óxido de cromo de maneira simples. Devido à boa condutividade elétrica do grafite, um alto nível de eficiência de energia será alcançado, enquanto uma alta estabilidade será mantida mesmo a altas temperaturas, devido ao comportamento substancialmente inerte do carbono grafite.

[0035] A figura 2 novamente descreve um reator 1 contendo uma coluna de grafite 16. Diferentemente do reator da figura 1, o presente reator em uma região axial compreende uma zona de desoxidação formada por uma zona de aglomeração 18, na qual uma redução da taxa de gás é alcançada pelo aumento continuo da seção transversal do reator na direção da extremidade de torneira. É, portanto, possível aglomerar as partículas de fundido reduzido, que são mantidas flutuando parcialmente, pela redução das forças de cisalhamento que agem no mesmo, e removê-las da fase gás. Nesse reator, um leito refratário é denotado por 19, que serve como um arco de suporte para o corpo de grafite ou para o aglomerado de grafite localizado acima dele. Na região do leito refratário 19, a seção transversal é novamente reduzida na direção da extremidade de torneira, aproximando assim mutuamente novamente as partículas de fundido já aglomeradas e também encorajando a aglomeração.

[0036] Na ilustração conforme a figura 3, o reator é novamente denotado por 1, onde os reservatórios ou escaninhos de armazenagem nos quais os reagentes a serem reduzidos são mantidos são denotados por 20. Através de comportas celulares 21, os diferentes reagentes podem ser fornecidos controladamente a um misturador 22, do qual a mistura de reagentes pode ser alimentada ao funil de carga 6 do reator 1 através de uma outra comporta celular 23 e um meio de transporte 24. Escórias e fundidos metálicos são aproveitados na extremidade de torneira do reator, com os gases de escapamento quentes sendo alimentados a um trocador de calor 25, enquanto fornece água. No trocador de calor, um gás combustível redutor de alta qualidade formado de monóxido de carbono e hidrogênio após a reação água-gás. Pela adição de água ou vapor d'água, o vapor de Zn possivelmente ainda presente é convertido em ZnO, enquanto forma hidrogênio. O gás de ecapamento resultante é alimentado a um separador de poeira 26, no qual a poeira secundária possivelmente ainda presente é depositada, de forma que um gás de queima puro pode, por exemplo, ser alimentado a um forno de clinquer ou a um forno de redução através de um dueto de saída 27. A poeira secundária pode ser descarregada da poeira separada através de umacomporta celular 28.

[0037] Na figura 4, uma comporta celular para carregamento de poeira reagente é denotada por 29, a mencionada poeira reagente sendo alimentável para o reator 1 juntamente com os transportadores de carbono presentes na forma sólida ou gasosa. A comporta celular 29 abre em um duto de fornecimento 30 que passa através de uma carcaça 3 do reator 1. O duto de fornecimento 30 é direcionado para um corpo de distribuição em forma de cogumelo montado rotativamente 31, que está ilustrado na seção na figura 4. Daí, é aparente que ranhuras 32 são fornecidas no corpo de distribuição 31, que arastam a poeira reagente alimentada e fazem a poeira reagente deslizar para baixo na direção do aglomerado de grafite 16. Dependendo da velocidade de rotação do corpo de distribuição 31, a poeira reagente é arremessada diferentemente para longe do centro do reator 1 até a periferia do reator 1 de modo a permitir o controle simples do perfil de aplicação dos reagentes do aglomerado de grafite.

[0038] Na figura 5, as comportas celulares são denotadas por 33, as quais permitem que quantidades relativamente grandes de poeira reagente sejam carregadas no aglomerado de grafite 16. Bicos direcionados para baixo para a superfície do aglomerado e grafite 16 a ângulos adequados são denotados por 34. Um corpo de deslocamento que pode facultativamente ser aquecido para alcançar a distribuição ótima de temperatura dentro do aglomerado de grafite 16 é denotado por 35. Na região da abertura 12, o corpo de deslocamento 35 suporta o aglomerado de grafite, e o vazamento pode ser otimizado oscilando-se periodicamente o corpo de deslocamento 35, onde está o aglomerado de grafite 16, ao mesmo tempo as regiões afrouxadas e obstruídas do aglomerado de grafite 16 são novamente desobstruídas onde for necessário.

REIVINDICAÇÕES

Claims (18)

1. Método para processamento e/ou redução de materiais sólidos ou fundidos e/ou materiais pirofóricos, em particular frações leves de retalhador, caracterizado pelo fato de que os materiais sólidos ou fundidos são carregados em um corpo de grafite pelo menos parcialmente aquecido indutivamente, são introduzidos agentes de redução diferentes do carbono do grafite, e o fluxo de fundido reduzido e/ou desgaseificado é coletado, onde os agentes de redução são introduzidos juntamente com os materiais de carga sólidos ou fundidos e, como os mencionados agentes de redução, gás natural, poeira de linhita, hidrocarbonetos, hidrogênio, monóxido de carbono e/ou amônia são introduzidos juntamente com vapor d'água, oxigênio, dióxido de carbono e/ou halogênios ou halogenetos de hidrogênio.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo de grafite é formado por um leito, uma coluna ou um aglomerado de grafite ondulado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grafite é configurado como um bloco de grafite comprendendo calhas indo de fora a fora, furos ou similares.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os materiais sólidos ou fundidos e os agentes de redução diferentes do carbono do grafite, bem como, opcionalmente, os materiais de carga sólidos ou fundidos são sugados no leito de grafite.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a poeira de carbono ou poeira de linhita é introduzida como o mencionado agente de redução.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que agentes de redução sólidos são introduzidos com a ajuda de um gás transportador e, em particular, nitrogênio, argônio, CO, C02, 02 ou ar.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o potencial redox do corpo de grafite é controlado pelos gases de injeção, e a temperatura do corpo de grafite é controlada pela mudança da entrada de energia elétrica e pelos gases de injeção.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, para seções axialmente consecutivas do corpo de grafite, a temperatura e/ou a entrada de energia são medidas separadamente, e a temperatura e o regime redox são controlados em seções separadas ajustando-se a energia elétrica e/ou os gases a serem injetados e/ou os volumes de gás.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as partículas de vidro ou os fundidos de vidro são carregados no corpo de grafite em brasa.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o grafite é usado na forma de esferas, cilindros, blocos, compactos peletizados e/ou detritos de eletrodos.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os corpos de grafite são formados pelo grafite e por um pó catalisador.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os corpos de grafite são prensados com sais adequados e/ou metais ou cerâmicas para ajustar a condutividade elétrica.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que os corpos de grafite são configurados de maneira controlada em relação às suas microporosidades.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o mencionado aquecimento indutivo é efetuado aplicando-se corrente em duas frequências diferentes.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que uma das mencionadas duas frequências varia entre 3 e 15 kHz e a outra frequência está abaixo de 0,5 kHz.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o corpo de grafite o corpo de grafite é introduzido como um aglomerado de uma mistura de grafite e corpos de embalagem inertes, em particular corpos cataliticamente ativos de CaO ou MgO.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que poeiras de laminações de aço são carregadas juntamente com os materiais de carga para aglutinar o enxofre.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que os materiais pirofóricos são compreendidos de pneus usados rasgados, carepa de laminação oleosa, PCB (bifenóis policlorados), madeira usada contaminada, material escavado contaminado (dioxinas ou furanos), resíduos de destilação de petróleo e lama de esgoto seca.