Cada tonelada de aço produzida em um forno elétrico a arco (EAF) gera de 15 a 25 kg de poeira — partículas finas retidas pelo filtro de mangas. Para uma aciaria com capacidade de produção de 500.000 toneladas por ano, isso representa de 7.500 a 12.500 toneladas de poeira anualmente. Essa poeira é classificada como resíduo perigoso na maioria dos países, pois contém metais pesados — principalmente zinco, chumbo e cádmio — que podem contaminar o lençol freático se depositados em aterros sanitários.
A MONTE INTELLIGENCE atua no setor de sistemas de tratamento de poeira de fornos elétricos a arco (EAF) há mais de uma década. O problema da poeira representa tanto uma obrigação ambiental quanto uma oportunidade econômica, visto que a poeira de EAF normalmente contém de 15 a 30% de zinco — concentrações superiores às de muitos depósitos de minério de zinco atualmente em exploração.
A composição do pó de forno elétrico a arco (EAF) reflete a mistura de sucata. O pó de usinas que fundem sucata galvanizada pode conter de 25% a 35% de zinco. O pó de usinas que fundem principalmente sucata pesada e sucata doméstica pode conter apenas de 8% a 15% de zinco. O teor de zinco determina a viabilidade econômica da reciclagem: acima de cerca de 15% de zinco, a reciclagem do pó geralmente gera um retorno positivo. Abaixo de 10% de zinco, o custo da reciclagem pode exceder o valor do zinco recuperado, e a estabilização seguida de descarte em aterro sanitário torna-se a escolha economicamente racional — embora as tendências regulatórias estejam se voltando contra essa opção.
O teor de chumbo na poeira de forno elétrico a arco (EAF) merece atenção, pois afeta tanto o processo de reciclagem quanto a comercialização do zinco recuperado. O teor típico de chumbo varia de 1 a 5%. Chumbo e zinco são quimicamente semelhantes o suficiente para que sua separação seja economicamente difícil. O processo de forno Waelz, a tecnologia de reciclagem dominante, produz um óxido de zinco que normalmente contém de 0,5 a 2% de chumbo. Isso é aceitável para a indústria de fundição de zinco, que pode refinar ainda mais o material. No entanto, especificações mais rigorosas para o teor de chumbo em alguns mercados podem exigir etapas adicionais de purificação, o que aumenta os custos.
O processo do forno Waelz é o principal método de reciclagem de pó de forno elétrico a arco (EAF), tratando aproximadamente 80% de todo o pó reciclado globalmente. O forno é um cilindro rotativo, tipicamente com 40 a 60 metros de comprimento e 3 a 4 metros de diâmetro, inclinado a 2 a 3 graus em relação à horizontal. O pó de EAF é misturado com um redutor carbonáceo — geralmente coque fino ou carvão — e alimentado no forno. À medida que a carga se move pelo forno por rotação e gravidade, as temperaturas atingem 1100-1300°C.
Nessas temperaturas, o óxido de zinco presente na poeira é reduzido pelo carbono a vapor de zinco metálico: ZnO + C → Zn(g) + CO. O vapor de zinco sai do forno com os gases de exaustão e é reoxidado a óxido de zinco pelo ar introduzido acima da carga: 2 Zn(g) + O₂ → 2 ZnO. O óxido de zinco é coletado em um filtro de mangas a jusante do forno. O produto, chamado óxido de Waelz, normalmente contém de 55 a 65% de zinco e é vendido para fundições de zinco como matéria-prima secundária.
O resíduo não volátil do forno de Waelz — a escória — contém óxido de ferro, cal, sílica e metais pesados residuais. Essa escória era historicamente depositada em aterros sanitários, mas seu uso como agregado na construção de estradas ou como matéria-prima na fabricação de cimento tem aumentado. Para ser elegível para esses usos benéficos, a escória precisa passar por testes de lixiviação (como o teste TCLP nos Estados Unidos ou a norma EN 12457 na Europa).
Tecnologias alternativas ao forno Waelz incluem o forno de soleira rotativa (RHF), o forno de soleira múltipla (MHF) e processos baseados em plasma. O RHF utiliza uma soleira rotativa plana em vez de um cilindro inclinado, o que permite tempos de residência mais curtos e um controle de temperatura mais preciso. O MHF utiliza soleiras empilhadas com braços oscilantes para movimentar o material entre os níveis. Os processos de plasma utilizam um arco elétrico ou tocha de plasma para atingir as altas temperaturas necessárias para a volatilização do zinco, com a vantagem de utilizar eletricidade em vez de combustíveis fósseis como fonte de energia.
Cada tecnologia apresenta vantagens e desvantagens. O forno Waelz é a opção de menor custo de capital para alta produção (acima de 50.000 toneladas por ano), mas possui custos operacionais mais elevados devido ao consumo de coque. O forno de fluxo reverso (RHF) apresenta melhor eficiência energética e menores emissões, porém requer matéria-prima mais uniforme. Os processos de plasma têm o menor impacto ambiental, mas o maior custo de eletricidade, o que pode ser vantajoso caso haja disponibilidade de eletricidade com baixo teor de carbono e a precificação de carbono esteja em vigor.
As taxas de recuperação de zinco em operações comerciais de fornos Waelz normalmente variam de 90 a 95%. Taxas de recuperação abaixo de 90% geralmente indicam um problema no processo — condições redutoras insuficientes no forno, tempo de residência muito curto ou má mistura de pó e redutor. Taxas de recuperação acima de 95% são alcançáveis com a otimização da operação do forno, mas o custo marginal dos últimos pontos percentuais pode não ser justificado pelo valor do zinco adicional recuperado.
A escória rica em ferro proveniente do forno é um fluxo de material que merece mais atenção do que normalmente recebe. Um forno Waelz que processa 100.000 toneladas de pó de forno elétrico a arco (EAF) por ano produz cerca de 60.000 toneladas de escória. Essa escória contém de 30 a 40% de ferro, que poderia ser recuperado e reinserido no processo de fabricação de aço. Diversas tecnologias para a recuperação de ferro da escória Waelz estão em desenvolvimento, incluindo separação magnética e redução por fusão, mas nenhuma ainda alcançou ampla adoção comercial.
A MONTE INTELLIGENCE fornece sistemas de manuseio e condicionamento de poeira para operações em fornos elétricos a arco (EAF), incluindo transporte pneumático, pelotização e armazenamento. Também oferecemos consultoria sobre estratégias de reciclagem de poeira — seja investindo em reciclagem no local, enviando para um forno central da Waelz ou contratando um processador terceirizado.
Entre em contato com helenxu@cnlymonte.com para uma avaliação das suas opções de gerenciamento de poeira em fornos elétricos a arco.
