PT1609877E - Tratamento descontínuo dos materiais de reciclagem metálicos num reactor rotativo - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

TRATAMENTO DESCONTÍNUO DOS MATERIAIS DE RECICLAGEM METÁLICOS NUM REACTOR ROTATIVO A invenção refere-se a um processo para o tratamento em descontínuo de materiais de reciclagem com metais valiosos com um teor de componentes orgânicos de tal forma elevado que a sua utilização como materiais de fundição nos processos convencionais de fundição de metal não é adequada ou mesmo possível. 0 material é carregado num reactor basculante rotativo ao longo do seu próprio eixo longitudinal com uma abertura comum para o carregamento e o esvaziamento e é aquecido até uma temperatura que facilita a expulsão dos componentes orgânicos mediante pirólise e/ou combustão formando um gás combustível. Este gás é posteriormente submetido à combustão com ar secundário fora do reactor. 0 material consiste, pelo menos numa parte essencial, de fracções de dimensões tais, que admite um carregamento em contínuo durante o funcionamento. Por contínuo neste caso entende-se que a alimentação é realizada como um fluxo de material durante um de vários períodos de tempo contínuos e não que o material é necessariamente fornecido de forma ininterrupta durante o seu funcionamento ainda que se pretenda esse tipo de alimentação.

De acordo com a invenção é possível tratar os materiais de reciclagem que contêm substâncias orgânicas assim como metais valiosos, tais como, resíduos combustíveis de cobre, incluindo resíduos de cabos e resíduos electrónicos, por exemplo, cartões de circuitos impressos e componentes semelhantes provenientes de computadores e de telemóveis (celulares) . Estes materiais contêm na maioria das vezes valores substanciais de metal sob a forma de vários metais 1/15 preciosos. Outros materiais de reciclagem são produtos de sucata secundários, como por exemplo desperdícios de chumbo, desperdícios de baterias, e ligas de aço, por exemplo, sucata de aço inoxidável. Por "metais valiosos" entende-se principalmente metais não ferrosos, como por exemplo, o cobre, o níquel, o cobalto, o estanho, e metais preciosos como o ouro, a prata, a platina, o paládio, o ródio e o irídio. Os componentes orgânicos existentes nos produtos de reciclagem em questão são na maioria dos casos um ou mais do grupo composto por matérias plásticas, borracha, papel, petróleo, alcatrão, gorduras e substâncias oleosas. Quando os materiais de reciclagem do tipo anteriormente mencionado são tratados, verificam-se primeiramente exigências extremamente elevadas relativamente às perdas de metal e, em segundo lugar, com as emissões baixas de substâncias nocivas. Por "reactor basculante e rotativo ao longo do seu eixo longitudinal" neste caso e também seguidamente deverá ser entendido por conversores rotativos do tipo TBRC e Kaldo e similares de insuflação pelo topo, que se inclinam durante o seu funcionamento. Estes fornos são, por exemplo, em comparação com outros fornos rotativos, como os fornos de tipo tambor, caracterizados por estes durante o seu funcionamento terem uma velocidade mais elevada, com base na qual pode ser transmitida uma maior agitação e mistura ao carregamento.

De acordo com um processo anteriormente desenvolvido por Boliden que esteve em funcionamento em Rõnnskársverken, no norte da Suécia, durante aproximadamente vinte anos com resultados de funcionamento muito bons, e que é descrito em diferentes formas de realização, por exemplo nos Pedidos de Patente norte americanas US-A-4 415 360 e US-A-4 705 562, os produtos de reciclagem e os desperdícios metálicos com uma parte substancial dos componentes orgânicos, são 2/15 tratados em descontínuo expelindo os componentes orgânicos mediante pirólise e/ou a combustão num conversor rotativo, em que o lote inteiro é carregado quando o reactor se encontra na sua posição de descanso antes de iniciar a expulsão. De acordo com este processo conhecido o produto inorgânico residual, também denominado resíduo da combustão, após a expulsão das substâncias orgânicas, é retirado do reactor ou na forma obtida depois da fase de expulsão, que pode ser sólida ou pelo menos parcialmente fundida. A maior parte do produto residual pode também, após a adição de moldes de escória ou de moldes de metal fundido, ser retirado ou removido em forma de uma ou mais fusões, por exemplo, escória, metal e speiss. 0 produto tratado que é obtido pelo processo essencialmente não possui quaisquer componentes orgânicos e pode ser fornecido como material de fundição normal numa unidade pirometalúrgica pertencente a um fundidor convencional, por exemplo, um conversor Peirce-Smith. A fundição de sucata e de produtos de reciclagem com componentes orgânicos nestas unidades causa grandes problemas e na maioria dos casos deve ser evitada devido aos riscos relativos à formação de gás pesado e à expulsão perigosa e erupção do material fundido que sai da unidade. Também a sucata queimada sem qualquer teor orgânico provoca inconvenientes devido a que frequentemente contém uma grande parte de material fino, que provoca muito pó durante a sua manipulação e carregamento. Esta desvantagem pode, contudo, ser de certa forma ultrapassada quando o tratamento dos produtos é realizado utilizando os processos anteriormente mencionados, desde que o material nestes processos possa ser obtido como um resíduo de combustão pelo menos parcialmente fundido, em que o material mais fino do resíduo será fundido ou recolhido na fundição no reactor. 3/15

Esta é, ainda, uma das vantagens mais importantes comparadas com outros processos conhecidos de combustão de sucata, mesmo que funcionem de forma continua, que são possíveis devido a um tratamento em descontínuo em conversores e reactores similares de acordo com o conhecido processo de Boliden.

De acordo com este processo conhecido de Boliden o lote completo do material de sucata é carregado no reactor, seguidamente o reactor é aquecido durante a rotação, por exemplo, mediante uma lança de óleo-oxigénio, a uma temperatura tão elevada que as substâncias orgânicas são expelidas. 0 processo de expulsão contínua em condições operativas até se formar um gás. 0 gás combustível formado é queimado por meio de uma corrente de ar secundária fora do reactor e é depois passado através de um aparelho de depuração de gás antes de ser libertado para a atmosfera. A quantidade de gás combustível é regulada por meio da rotação do reactor, de forma que a velocidade de rotação é aumentada quando é necessário um aumento do fluxo de gás combustível e vice-versa. 0 fluxo de ar secundário, que na maioria dos casos consiste na infiltração do ar que é aspirado na abertura entre a saída de gás do reactor e a tampa de recolha do gás do reactor para o transporte através do sistema de depuração de gás é praticamente constante. Um tal tratamento do gás combustível formado e um aparelho de depuração de gás adequado são descritos no documento anterior US-A-4 415 360.

Um outro processo em descontínuo para o tratamento de sucata num forno com tambor rotativo é descrito no Pedido de Patente europeia EP-A-1 243 663. O controlo do processo é feito por meio da velocidade de rotação do tambor e do fornecimento de oxigénio. 4/15 A composição do gás combustível num processo em descontínuo, como o fluxo do gás formado, variará com o tempo, devido a que as substâncias orgânicas com carácter diferente se decompõem e/ou são expelidas a velocidades diferentes. No início de um tratamento de um lote, as substâncias mais voláteis e mais decomponíveis contribuirão para a composição do gás combustível, enquanto que no fim do tratamento são expelidos os componentes mais difíceis de expelir. Consequentemente, está comprovado que a combustão do gás combustível assim como o fluxo do gás nem sempre serão tão uniformes quanto o necessário a não ser que uma mudança da velocidade de rotação do reactor possa ou consiga compensar estas variações e, desta forma, possa regular a formação, isto é, o fluxo, do gás combustível. Isto pode causar problemas na selecção dos materiais adequados para entrada e na composição de uma mistura adequada de materiais no lote de entrada.

Nestes últimos anos têm surgido alguns problemas relacionados com a combustão destes materiais que são tratados mediante o nosso processo anterior conhecido, descrito mais detalhadamente na parte da introdução. Os antecedentes centraram-se no aumento da quantidade de materiais de reciclagem electrónicos que atinge o mercado da sucata. Isto é devido ao aumento da rotação de telemóveis e de computadores e de outros produtos electrónicos similares, e também devido aos requisitos mais exigentes das autoridades no que se refere à reciclagem destes produtos. Isto implicou que os materiais de reciclagem tratados no processo anteriormente descrito, têm por um lado mudado o seu carácter, devido a que actualmente contêm cada vez mais materiais orgânicos e, por outro lado, as quantidades a serem tratadas com na reciclagem aumentarem cada vez mais. Tem também sido necessária uma 5/15 capacidade crescente de produção que, utilizando qualquer processo existente, requer mais ou maiores unidades de forno e portanto o respectivo aumento dos custos dos sistemas de tratamento do gás. Uma outra forma possível consiste na utilização das unidades existentes de forma mais eficaz do que quaisquer processos conhecidos e tentar aumentar a produtividade destas unidades. Visto que cada vez mais os materiais de reciclagem tendem a ser compostos de sucata electrónica com grandes quantidades de matéria orgânica e o nosso processo anterior conhecido que utiliza um carregamento em descontínuo que dá origem a uma limitação da carga, como o mesmo é definido pelo volume dos materiais carregados não queimados, surgiu a ideia de experimentar um carregamento em contínuo. Este tipo de carregamento resolveria o problema relativo à limitação do volume da carga de entrada de um lote e também poderia ser favorável à geração de calor no forno que aumentará com o aumento da parte de matéria orgânica na carga. É realizado um carregamento em contínuo para um conversor Kaldo ou reactores similares no nosso processo para produzir chumbo de acordo com o processo de reacção de calcinação como anteriormente descrito no Pedido de Patente norte americana US-A-4 512 798. Neste processo, são carregados produtos reciprocamente não homogéneos, nomeadamente um concentrado de sulfureto de granulado fino e grânulos de óxido de sulfato, mas os produtos são misturados desde o início numa relação pré-determinada regulada pela eficiência da reacção. Não é necessário qualquer controlo do processo, uma vez que as reacções efectivas no reactor apenas necessitam de uma temperatura suficientemente elevada para a finalidade do processo. 6/15

Foi provado que a utilização de um carregamento em continuo dos materiais de reciclagem para um reactor rotativo, do tipo forno Kaldo, para a expulsão da matéria orgânica, não é possível utilizar a velocidade de rotação do forno para o controlo do processo, como no caso do processo conhecido de Boliden que utiliza uma carga em descontínuo. É principalmente necessário manter a velocidade de rotação o mais elevada possível durante o período de carregamento para obter uma produção elevada como a desejada e também para minimizar quaisquer riscos de acumulação de material não queimado no reactor.

Uma outra forma de queimar material de sucata utilizando um carregamento em contínuo foi sugerida no Pedido de Patente alemã DE-A-3617410 de um processo em descontínuo para o tratamento de sucata de acumuladores num forno de tambor lentamente rotativo, por exemplo, o denominado "Kurztrommelofen". Neste caso, a sucata é carregada de forma contínua e uniforme com um tempo uniforme durante uma rotação lenta do forno e durante uma adição contínua e uniforme de um excedente de oxigénio e uma pequena quantidade de combustível. Assim, não é necessário qualquer controlo durante o processo e o gás pode ser libertado de qualquer modo adequado sem combustão adicional. Assim, é efectuada uma combustão oxidante do material em entrada e tal é também o objectivo deste processo. Neste processo, utilizando um carregamento em contínuo, consegue-se que durante toda a operação possa ser mantido um excedente de oxigénio em proporção aos materiais de sucata. Desta forma, não existirão problemas relativos ao tratamento do gás formado, completamente queimado, e de qualquer pós-combustâo do gás assim como do controlo do processo. Uma combustão oxidante do material de sucata não é, contudo, recomendável nem possível em termos práticos para os 7/15 materiais que contêm metais valiosos. Nestes casos, os metais valiosos, devido ao excedente de oxigénio na atmosfera assim como à elevada temperatura obtida mediante o excedente de oxigénio numa parte essencial, serão fundidos assim que uma fase de fundição do tipo escória contendo óxido, que seguidamente deverá ser tratada separadamente que será necessário tempo suplementar assim como custos acrescidos.

Um tambor rotativo de carregamento contínuo e em funcionamento contínuo com duas aberturas uma à entrada e a outra à saída, é descrito no Pedido de Patente europeia EP-A-0451323. Este processo pressupõe, naturalmente, um carregamento em contínuo. Este é controlado através da variação da inclinação do forno ou da velocidade de rotação ou do fornecimento do gás combustível ou através de uma combinação das ditas medidas. 0 objectivo da presente invenção é o de prover um processo que torne possível realizar um carregamento em contínuo num reactor rotativo do tipo acima descrito e em que os problemas indicados anteriormente ligados à composição e ao fluxo do gás combustível formado e às variações do gás são diminuídas durante o tratamento de combustão, isto é, o tratamento do lote de alimentação, sem necessitar de qualquer fornecimento de excedente de oxigénio e, desse modo, de uma combustão oxidante a elevadas temperaturas do material reciclado tratado.

Para este fim, o processo é caracterizado pelas fases descritas nas reivindicações anexas. 0 material será carregado em contínuo durante a operação, isto é, durante um ou mais períodos contínuos de tempo, num 8/15 fluxo regulável, em que o fluxo é controlado e/ou regulado utilizando medições de execução de várias variáveis do processo. 0 fluxo e a composição do gás combustível e a libertação de calor do processo são desta forma mantidos sob controlo, para o qual será facilitado o processo de sucessiva pós-combustão exterior. Um produto tratado substancialmente sem qualquer substância orgânica é depois retirado do reactor e é adicionado a um processo convencional de fusão do metal. 0 material é adequadamente alimentado para o reactor durante o seu funcionamento utilizando um equipamento de carregamento provido contra ou através da única abertura do reactor, e é carregado com a ajuda da força de gravidade e/ou de um gás de transporte pneumático, por exemplo, ar comprimido. Um equipamento de carregamento adequado de tal tipo pode ser uma lança dobrada através da abertura, quando, durante o funcionamento, o reactor é inclinado num ângulo pré-determinado, e que pode ser retirada antes de o reactor ser levantado para uma posição de descanso vertical.

Para o controlo ou a regulação podem ser utilizadas uma ou mais das variáveis do processo como a composição do gás, a temperatura e o fluxo do gás. É também possível realizar o controlo rápida e automaticamente mediante o tratamento dos valores medidos por meio dos algoritmos anteriormente produzidos, aplicados ao computador. 0 material, que é alimentado durante o funcionamento, deve preferencialmente ter uma composição uniforme, por exemplo, obtida por meio de um bom procedimento de mistura, mas tal é facilitado se o material possuir uma dimensão uniforme, que pode ser facilmente obtida por meio de um processo de 9/15 esmagamento e de crivagem ou mediante um outro processo de dimensionamento. Contudo, deve ser assinalado que o processo pode surpreendentemente gerir composições de materiais de alguma forma diferentes sem que desapareça a função de controlo.

Tal material, que não permite um carregamento durante o funcionamento, é alimentado como um ou mais lotes parciais durante a posição de descanso do reactor e/ou durante um periodo de expulsão iniciado. 0 fluxo de material que é carregado durante o funcionamento pode ser controlado e/ou automaticamente regulado e o funcionamento pode ser baseado em medições em execução das variáveis do processo, tais como, a composição do gás, as temperaturas e os vários fluxos, para que a velocidade de rotação do forno não necessite de ser alterada. Todavia, um ajustamento geral é realizado manualmente antes do processo de combustão mediante várias selecções da quota de alimentação de oxigénio e da quantidade de material de reciclagem fornecido. Os pontos estabelecidos são seleccionados com base na experiência prática, de modo que a combustão ocorra o mais possível no reactor e seja desse modo transferida para o material carregado mais energia de fusão. Materiais diferentes requerem energias de fusão diferentes. Desta forma, permite-se que o processo seja realizado de forma óptima sem prejudicar a segurança e o processo será menos sensível em relação a quaisquer variações da composição do material, e assim por diante. A velocidade de rotação durante o funcionamento é mantida o mais elevada possível em parte para manter uma produtividade óptima e em parte para reduzir o risco de que o material não queimado se acumule no forno. Apenas no caso 10/15 de o processo tender a não seguir o sistema de controlo automático a velocidade pode ser utilizada para este fim e ser reduzida para travar as reacções no forno.

Os materiais de escória ou outros materiais de fusão podem ser adicionados durante o funcionamento para absorver pelo menos uma parte do produto formado de acordo com a técnica anterior. 0 processo de acordo com a invenção pode assim ser realizado como uma expulsão de componentes orgânicos de materiais de reciclagem contendo metais valiosos gue são carregados essencialmente de forma continua. 0 material é depois carregado com uma lança para dentro de um reactor, que é mantido em condições favoráveis para a pirólise e/ou a combustão, e no qual o carregamento continua até o reactor estar enchido como requerido, e o processo continua até ser obtido um gás combustível. O carregamento por meio de uma lança pode, por exemplo, ser efectuado durante a combustão completa se o reactor tiver uma temperatura suficientemente elevada para a combustão de material orgânico seja por meio de fusão seja por outra forma. A melhor transferência de calor e, consequentemente, a gaseificação mais rápida de material orgânico e a produtividade mais elevada, são obtidas quando o material é carregado de forma contínua a uma elevada velocidade de rotação do forno e depois rapidamente misturado numa fase pulsante de alta viscosidade. Uma tal transferência de calor favoravelmente elevada apenas pode ser atingida mediante um carregamento em contínuo e uma expulsão da matéria orgânica possível utilizando um conversor rapidamente rotativo de tipo Kaldo. 11/15 A invenção será agora adicionalmente descrita num modo preferido, no qual é utilizado um forno Kaldo como reactor. Tal forno Kaldo é basculante e também inclinado e pode, em posição de descanso, ser levantado até uma posição vertical com a única abertura para carregamento e esvaziamento com a face para cima. Durante o funcionamento, o forno girará em torno do seu eixo longitudinal numa posição inclinada em relação ao plano horizontal e adaptado a uma câmara de gás interna existente, que recebe todos os gases em saida.

Esses materiais de reciclagem que não são adequados para uma alimentação em continuo são primeiro carregados no reactor numa posição de descanso vertical, por exemplo, por meio de um monta-cargas inclinado que faz oscilar o material para baixo através da abertura do reactor. Depois, o reactor numa posição de reactor inclinado durante a sua rotação e o conteúdo do reactor são aquecidos de forma adequada, que pode ser mediante óleo de combustão numa lança de combustão introduzida no sentido descendente através da abertura. Quando a temperatura subir o suficiente obtém-se uma pirólise e/ou uma combustão e iniciar-se-á a expulsão dos componentes orgânicos. Agora pode ser efectuado o carregamento em continuo das fracções de material adequado para tal carregamento através de um equipamento de carregamento, por exemplo, em forma de uma lança, que em funcionamento pode ser introduzida no sentido descendente na abertura do reactor e depois ser novamente removida. Estas fracções podem, em grande parte, consistir em cartões de circuito impresso desintegrados parcialmente feitos de matérias plásticas, mas que contêm uma quantidade essencial de metais valiosos, por exemplo, metais preciosos. Os componentes orgânicos dos materiais adicionados são aqui continua e gradualmente expelidos. 12/15 A expulsão pode ser totalmente obtida por pirólise, isto é, apenas mediante um aquecimento a alta temperatura, mas é preferível um fornecimento de oxigénio em forma de ar, de gás de oxigénio ou de ar enriquecido de oxigénio de modo que seja mantida a temperatura necessária para a expulsão, com a qual todos os componentes orgânicos são, pelo menos parcialmente, queimados. Os componentes orgânicos, especialmente matérias plásticas, podem ter um conteúdo de energia comparável com o do óleo. Por meio da combustão parcial, pode ser mantida no reactor uma temperatura necessária suficientemente elevada para obter uma expulsão efectiva. Graças à pós-combustão mencionada anteriormente com o ar secundário aspirado através da abertura entre o reactor e a tampa para o gás obtém-se uma temperatura de gás de tal forma elevada no subsequente sistema de tratamento do gás. Assim, evita-se qualquer formação de compostos não desejados, frequentemente nocivos, por exemplo, dioxinas e similares, que podem causar problemas quando estes materiais como por exemplo matérias plásticas são destruídas a temperaturas moderadamente elevadas.

Quando o forno Kaldo tiver sido cheio como o pré-determinado para ser a percentagem de enchimento mais adequada, o carregamento é interrompido e a rotação continua até que um gás seja formado. Após a expulsão completa do material orgânico permanecem no forno um resíduo sólido de combustão e frequentemente até uma ou mais fases fundidas. Estas fases podem ser uma fase de metal que pode ser transmitida para um conversor de cobre, ou uma fase de escória que pode ser transmitida para uma outra posição adequada no fundidor de cobre. Também o resíduo sólido de combustão pode ser fluidificado numa escória adicionando um molde de escória e transmitido ao 13/15 fundidor de cobre, visto que a mesma contém alguns metais preciosos.

Em comparação com processos em descontinuo anteriormente conhecidos com um carregamento em continuo durante o funcionamento num forno de tambor, o processo de acordo com a invenção provê vantagens fundamentais. Assim, o material é carregado em continuo num reactor rotativo inclinado, por exemplo, um reactor de tipo Kaldo, que é capaz de transmitir ao material uma agitação substancial e assim outras possibilidades para obter e manter um fluxo de saida regular de um gás combustível, visto que não é mantido nenhum excedente de oxigénio e, desse modo, não ocorrerá nenhum risco para a oxidação do metal que pode resultar em perdas e/ou em necessidade de processos custosos de recuperação dos metais valiosos a partir de poeiras e de escórias. De acordo com o processo existem, assim, muitas possibilidades para controlar o processo para uma produtividade óptima sem qualquer necessidade de um excedente de oxigénio mediante uma combinação de controlo do fluxo de material de entrada e da elevada velocidade de rotação do forno. Com estas características é possível manter um rápido processo de gaseificação. Para além de um controlo em funcionamento e em contínuo dos materiais de entrada é possível alterar a velocidade de rotação para travar as reacções, se se está a perder o controlo do processo.

Devido ao carregamento em contínuo realizado, o gás formado possui uma composição e uma temperatura que não variam no tempo contrariamente ao que sucede com outras operações de combustão de sucata com carregamento em descontínuo, e o gás tem, além disso, um fluxo controlado pré-determinado e 14/15 assim é também adequado para ser conduzido a um equipamento de depuração do gás sem quaisquer problemas.

Outras vantagens providas por esta invenção consistem numa produtividade mais elevada que pode ser obtida utilizando processos em descontinuo prévios, isto é, a quantidade de material de reciclagem tratado por hora, e um maior rendimento de metais valiosos recuperados. A temperatura uniforme, o fluxo de material uniforme, assim como o gás formado, contribuirão para condições de funcionamento uniformes e controladas, que neutralizarão a formação de substâncias voláteis indesejáveis contendo metais e ainda outros produtos de reacção voláteis nocivos, como por exemplo dioxinas e similares, das substâncias orgânicas dos produtos de reciclagem.

Lisboa, 15/15

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um processo para o tratamento em descontínuo de materiais de reciclagem contendo metais valiosos com um teor de componentes orgânicos de tal forma elevado que a sua utilização como materiais de fundição nos processos convencionais de fundição de metal não são adequados ou nem mesmo possível, em que o material é carregado num reactor oscilante rotativo ao longo do seu eixo longitudinal com uma única abertura comum para carregar e esvaziar e que é aquecido até uma temperatura que facilita a expulsão dos componentes orgânicos mediante pirólise e/ou combustão, em que o material pelo menos numa parte essencial consiste em fracções com um tamanho tal, que admite um carregamento em contínuo durante o seu funcionamento, caracterizado por o dito material durante o funcionamento ser carregado em contínuo num fluxo regulável que é controlado e/ou regulado por meio de medições de diferentes variáveis do processo de forma a que o fluxo e a composição do gás combustível e a libertação do calor do processo serem mantidas sob controlo, a partir de um produto tratado substancialmente sem qualquer substância orgânica ser retirado do reactor e ser adicionado ao processo de fundição do metal convencional.
2. 2. Um processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material ser fornecido durante o funcionamento utilizando um equipamento de carregamento provido contra ou através da única abertura do reactor.
3. 3. Um processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o material ser fornecido por meio da força de gravidade e/ou de um gás de transporte pneumático. 1/2
4. 4. Um processo de acordo com quaisquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por uma ou mais das variáveis do processo, como por exemplo a composição do gás, a temperatura e o fluxo do gás serem utilizadas para o controlo. 2/2