Como controlar a poeira na fundição de metais não ferrosos?

A resposta direta: combine captura de fonte, filtragem de poeira e tratamento de gases de combustão

A poeira da fundição de metais não ferrosos é controlada por três camadas que trabalham juntas, e não por um único equipamento: captura selada ou encapuzada no forno, conversor e pontos de derivação; um filtro de poeira dimensionado para os tamanhos de partículas muito finas que os fumos metalúrgicos produzem; e um estágio de tratamento de gases de combustão que remove dióxido de enxofre, gases ácidos e vapor residual de metais pesados ​​que um filtro de poeira não foi projetado para capturar.

Quando todas as três camadas são projetadas como um sistema, o gás residual tratado pode ser levado a uma concentração de partículas abaixo de 10 mg por metro cúbico normal , com eficiência geral de captura para fumos de fundição submícron geralmente excedendo 99 por cento . Deixar de fora a etapa de tratamento dos gases de combustão, mesmo com um excelente filtro de poeira instalado, ainda deixa poluentes gasosos e em fase de vapor na chaminé que o controle de partículas por si só nunca foi capaz de remover.

Por que a fumaça de fundição é mais difícil de controlar do que a poeira industrial comum

A maior parte das partículas que saem de uma fundição de metais não ferrosos não é poeira gerada mecanicamente. É um fumo metalúrgico, formado quando o vapor de metal e óxido metálico é produzido em temperaturas de forno acima 1.000°C condensa em partículas sólidas à medida que o gás esfria a jusante. Como essas partículas se formam por condensação e não por fratura ou abrasão, uma grande parte delas mede-se sob 1 micrômetro , com grande parte da massa total concentrada abaixo de 0,3 micrômetros. Partículas tão finas passam diretamente por equipamentos dimensionados para poeira mais grossa e permanecem suspensas no ar por muito mais tempo do que partículas maiores.

Dois fluxos de poeira distintos, dois problemas diferentes

Uma operação típica de fundição produz dois fluxos de poeira que se comportam de maneira bastante diferente e muitas vezes necessitam de soluções diferentes. A britagem, a peneiração, o transporte e o carregamento do concentrado de minério geram poeira de manuseio mais grosseira, geralmente na faixa de 10 a 100 micrômetros, que assenta de forma relativamente rápida e responde bem à cobertura convencional e à separação por ciclone. O gás residual do forno e do conversor, por outro lado, carrega os fumos de condensação ultrafinos descritos acima, frequentemente junto com compostos volatilizados de chumbo, arsênico, cádmio ou zinco presentes em muitos minérios de sulfeto e óxido. Dimensionar uma única peça de equipamento de filtragem para apenas um desses fluxos e esperar que ele lide com ambos é um dos motivos mais comuns pelos quais os sistemas de controle de poeira apresentam desempenho inferior às metas de projeto.

Captura de fonte: impedindo a poeira antes que ela se espalhe pelo ar

A redução mais econômica na poeira de fundição acontece antes que qualquer gás chegue ao filtro. Fornos, conversores e pontos de derivação equipados com coifas bem ajustadas ou invólucros completos, mantidos sob leve pressão negativa em relação à oficina circundante, evitam que os fumos escapem para o edifício antes que possam ser aspirados para o sistema de extração. As capas de captura são comumente projetadas em torno de uma velocidade facial de aproximadamente 0,5 a 1,5 metros por segundo ; gabinetes completos podem operar efetivamente em velocidades mais baixas porque a fumaça não tem onde se dispersar antes de chegar ao duto.

A captura secundária é tão importante quanto a captura primária. Bater, despejar e fundir liberam pequenas rajadas de fumaça que uma coifa primária muitas vezes perde, portanto, coifas ou ventilação push-pull posicionadas diretamente sobre esses pontos são adicionadas especificamente para capturá-las. As operações que investem nesta camada secundária normalmente capturam mais do que 95 por cento de fumaça gerada antes de chegar ao filtro de poeira, o que reduz a carga no equipamento a jusante e limita as emissões fugitivas que, de outra forma, escapariam pelas aberturas de ventilação do telhado e dos edifícios, em vez da chaminé controlada.

Escolhendo um filtro de poeira para fundição de gás residual

Selecionar um filtro de poeira para fundir gases significa combinar o equipamento com a temperatura do gás, tamanho das partículas e corrosividade, e não simplesmente combinar um fluxo de ar nominal. A tabela abaixo resume como os principais tipos de filtros normalmente funcionam em relação aos fumos submicrométricos contendo metal descritos anteriormente.

Na prática, muitas fundições organizam essas tecnologias em série, em vez de depender de apenas uma: um ciclone remove primeiro a fração grossa para que o filtro primário não fique sobrecarregado, enquanto um filtro de tecido ou precipitador eletrostático instalado a jusante lida com os fumos de condensação finos. Filtros de tecido equipados com Meio de membrana PTFE tornaram-se uma escolha comum para novas instalações, uma vez que mantêm uma eficiência de remoção submícron acima de 99,5% em uma ampla gama de condições de fluxo de gás, embora exijam controle cuidadoso de temperatura e umidade para evitar cegar os sacos ou reduzir sua vida útil.

Tratamento de gases de combustão: gerenciando o que o filtro de poeira não consegue remover

Um filtro de poeira, por mais eficiente que seja, remove apenas partículas sólidas e líquidas. O gás residual da fundição de minério de sulfeto geralmente carrega dióxido de enxofre em concentrações muito mais altas do que a maioria das outras fontes industriais, às vezes na faixa de 3 a 30 por cento em volume para gás de forno de alta resistência, juntamente com névoa ácida e vapor residual de metais pesados que somente condensam ou reagem após passarem pelo filtro. O tratamento de gases de combustão é o estágio construído especificamente para lidar com esses poluentes gasosos e em fase de vapor.

Fluxos de alta concentração: recuperação em vez de descarte

Quando a concentração de dióxido de enxofre é suficientemente elevada, a abordagem padrão não é eliminar o gás, mas sim convertê-lo em ácido sulfúrico através de um processo de duplo contato e dupla absorção, que pode atingir eficiências de conversão de enxofre acima 99,5 por cento enquanto produz um produto ácido utilizável em vez de um fluxo de resíduos.

Fluxos de concentração mais baixa e gases residuais

Para fluxos de gás mais fracos, ou como uma etapa de polimento após a recuperação do ácido, a lavagem com sorvente úmido, semi-seco e seco com cal, calcário ou reagentes à base de sódio normalmente remove 90% ou mais do dióxido de enxofre restante. A injeção de carvão ativado ou a adsorção em leito fixo são adicionadas onde o mercúrio ou outros metais pesados ​​voláteis estão presentes, uma vez que esses poluentes passam intactos tanto pelos filtros de partículas quanto pelos lavadores convencionais de gases ácidos. Onde a combustão ou a oxidação em alta temperatura também gera óxidos de nitrogênio, a redução seletiva catalítica ou não catalítica usando um reagente à base de amônia é aplicada em camadas no mesmo trem de gás para reduzir os óxidos de nitrogênio junto com as partículas e o dióxido de enxofre.

Como os estágios se conectam: um trem de tratamento em vários estágios

Como cada estágio tem como alvo um poluente ou faixa de tamanho de partícula diferente, a ordem em que o equipamento é organizado é tão importante quanto o próprio equipamento. Um trem típico para uma fundição de minério de sulfeto move o gás através da seguinte sequência, com cada estágio protegendo o desempenho e a vida útil do seguinte:

• O gás residual do forno ou do conversor deixa o processo quente e fortemente carregado com fumaça fina.
• A recuperação de calor residual e o resfriamento do gás levam o fluxo a uma temperatura que o filtro a jusante pode tolerar.
• Um pré-separador de ciclone remove a fração de partículas grossas, protegendo o filtro primário contra abrasão e sobrecarga.
• Um filtro primário de poeira, normalmente um filtro de tecido ou precipitador eletrostático, remove as partículas finas restantes.
• Uma etapa de dessulfuração ou depuração dos gases de combustão remove o dióxido de enxofre e os gases ácidos.
• Um estágio de polimento, muitas vezes adsorção de carvão ativado, captura vestígios de vapor de metal pesado que os estágios anteriores não conseguem.
• O gás limpo sai através de uma chaminé equipada com monitoramento contínuo de emissões.

O diagrama acima representa esta sequência visualmente: o gás residual se move da esquerda para a direita do forno, através da pré-separação do ciclone e do filtro primário de poeira, para o tratamento dos gases de combustão e um estágio final de polimento, antes que o monitoramento contínuo confirme o que chega à chaminé.

Operando, Monitorando e Mantendo o Sistema

Um filtro de poeira e um trem de tratamento de gases de combustão funcionam tão bem quanto são operados. Mesmo um sistema projetado corretamente se afastará de sua eficiência projetada sem monitoramento e manutenção consistentes, uma vez que depósitos de poeira, umidade e condensado ácido atuam continuamente no equipamento ao longo do tempo.

O monitoramento contínuo mantém o sistema honesto

Instrumentos de monitoramento contínuo de emissões montados em pilhas que rastreiam a concentração de partículas, a opacidade e o dióxido de enxofre fornecem aos operadores evidências em tempo real de como está o desempenho do filtro de poeira e dos estágios de tratamento de gases de combustão, em vez de depender apenas de testes manuais periódicos para detectar um problema depois que ele já tiver afetado as emissões.

Sinais de pressão diferencial quando um filtro precisa de atenção

Através de um filtro de tecido, a pressão diferencial é normalmente mantida dentro de uma faixa ao redor 1.000 a 1.500 pascais . Um aumento constante fora dessa faixa geralmente indica que o saco fica cego devido à umidade ou ataque químico, enquanto uma queda repentina geralmente sinaliza um saco rasgado ou solto que está permitindo que a poeira contorne totalmente a filtração.

Planeje a substituição da bolsa e a corrosão antes que causem um desligamento

As mangas filtrantes expostas ao gás de fusão ácido e de alta temperatura normalmente duram na ordem de dois a quatro anos antes da substituição, embora a carga de pó abrasivo ou variações de temperatura possam reduzir esse tempo consideravelmente. Os componentes molhados no estágio de tratamento de gases de combustão enfrentam um risco de corrosão próprio devido ao condensado ácido, portanto, a seleção de materiais e a inspeção de rotina de dutos, componentes internos do purificador e revestimentos de absorvedores são tão importantes quanto a química do processo subjacente.

Perguntas frequentes

Um equipamento pode lidar com poeira e gases de combustão ao mesmo tempo?

Os lavadores úmidos podem remover partículas e absorver gases ácidos em um único recipiente, mas a eficiência de remoção de partículas que eles alcançam para fumos metalúrgicos submicrométricos é geralmente menor do que um filtro de tecido dedicado, e eles geram um fluxo de águas residuais que precisa de tratamento. A maioria das operações de fundição obtém um desempenho mais confiável e mais fácil de manter, mantendo a filtragem de poeira e o tratamento de gases de combustão como estágios separados e criados especificamente para esse fim, em vez de combiná-los em um único dispositivo.

Por que a fumaça da fundição precisa de uma filtragem mais fina do que a poeira proveniente da trituração ou peneiramento?

Como a fumaça da fundição se forma por meio da condensação de vapor, em vez da fratura mecânica, a maior parte de sua massa fica abaixo de 1 micrômetro, enquanto a poeira de trituração e triagem normalmente atinge 10 micrômetros ou mais. Um filtro de poeira e um sistema de captura dimensionados para o fluxo mais grosso não reterão o fluxo mais fino.

Como geralmente é tratado o dióxido de enxofre proveniente do gás residual da fundição?

Onde a concentração de dióxido de enxofre é alta, o que é comum na fundição de minério de sulfeto, a conversão em ácido sulfúrico por meio de absorção dupla de contato duplo é a abordagem padrão de tratamento de gases de combustão, recuperando o enxofre como um produto utilizável em vez de descarregá-lo. Fluxos mais fracos, ou o gás residual deixado após a recuperação do ácido, são normalmente polidos com lavagem alcalina úmida, semi-seca ou seca.

O que faz com que um filtro de tecido perca eficiência com o tempo?

As causas mais comuns são o cegamento do saco devido à condensação de umidade ou ataque químico, danos físicos, como rasgos ou costuras desgastadas, e acúmulo de poeira que os ciclos de limpeza não conseguem remover adequadamente. Acompanhar as tendências de pressão diferencial juntamente com testes visuais periódicos ou de vazamento geralmente detecta esses problemas antes que eles apareçam como uma excedência de emissões.

O tratamento dos gases de combustão afeta o funcionamento do filtro de poeira?

Sim. A temperatura e a umidade do gás que entra no estágio de tratamento dos gases de combustão são geralmente controladas tendo em mente as tolerâncias do filtro de poeira, uma vez que a condensação a montante do filtro pode cegar o meio de tecido ou acelerar a corrosão dentro de um precipitador eletrostático. Os dois estágios são normalmente projetados e operados como um sistema integrado e não de forma independente.

Que concentração de partículas um sistema bem projetado pode alcançar?

Filtros de tecido modernos combinados com captura eficaz da fonte geralmente mantêm a concentração de partículas na saída abaixo 10 mg por metro cúbico normal de forma sustentada, embora o valor que se aplica a qualquer instalação específica dependa das características do gás e do limite regulatório que o sistema foi projetado para atender.