Tecnologia do processo de moagem de ânodos verdes: fluxo do processo, seleção de equipamentos e guia de controle de qualidade

Na produção de ânodos pré-cozidos para a eletrólise do alumínio, moagem de ânodo verde é um dos principais processos que determinam a qualidade do produto. Embora o pó fino represente apenas cerca de 30% dos materiais secos, sua área superficial específica representa mais de 90% da área total da mistura, desempenhando um papel decisivo na dosagem do ligante. Este artigo apresenta uma análise abrangente do fluxo do processo de moagem do ânodo verde, da seleção dos principais equipamentos e das tecnologias de controle de qualidade.

1. O que é a moagem de ânodo verde?

A fabricação do ânodo verde é uma etapa fundamental no fluxo de produção do ânodo de carbono, consistindo principalmente na sistema de trituração e peneiramento, sistema de moagem, sistema de mistura e amassamento e sistema de conformação e resfriamento. O sistema de moagem pulveriza ainda mais o Finas trituradas de 6–0 mm a partir de coque de petróleo, ânodos usados e outras matérias-primas, transformando-os em um pó mais fino, que é utilizado para preencher os espaços vazios entre as partículas de agregados.

O pó fino desempenha duas funções principais no ânodo verde: primeiro, preenchendo os espaços vazios entre as partículas de coque calcinado, e em segundo lugar, utilizando sua grande área superficial específica para adsorver o aglutinante, atuando como uma ponte de ligação entre as diversas partículas. Estudos demonstraram que o que une as partículas do agregado de diferentes tamanhos não é o piche puro, mas sim um material cimentício composto por piche e pó fino, com uma determinada estrutura. Portanto, o pó fino é um componente essencial do sistema de ânodo pré-cozido; sem a devida atenção ao pó, não é possível produzir ânodos de alta qualidade.

2. Fluxo do processo principal de moagem do ânodo verde

O processo completo de moagem do ânodo verde inclui as seguintes etapas principais:

2.1 Preparação e triagem da matéria-prima

O coque de petróleo (ou material de ânodo usado) é alimentado separadamente por alimentadores vibratórios eletromagnéticos e, em seguida, transportado por correias transportadoras e elevadores de caçambas até peneiras vibratórias para peneiramento. O material com granulometria superior a 12 mm é devolvido à caçamba intermediária e, em seguida, alimentado por um alimentador vibratório eletromagnético em um triturador para trituração média, antes de ser novamente peneirado.

2.2 Trituração e classificação de material médio

Materiais com tamanhos de partículas de 12–6 mm e 6–3 mm podem ser enviadas diretamente para os respectivos silos de dosagem ou devolvidas ao triturador para uma trituração média-fina adicional, a fim de menos de 3 mm, permitindo um ajuste flexível para a produção.

2.3 Moagem – A fase principal

Materiais de 6–3 mm e 3–0 mm são introduzidos no moinho para serem pulverizados até se tornarem pó. As principais fontes de pó fino incluem:

• Pó de coque coletado pelo sistema de coleta de pó
• Algumas partículas finamente trituradas (6–0 mm) provenientes da trituração e peneiramento de média granulometria do coque de petróleo

Uma empresa do setor de carbono utiliza quatro moinhos Raymond 6R4427 para a moagem de ânodo verde. O material é alimentado quantitativamente nos moinhos por meio de alimentadores vibratórios eletromagnéticos. O ar carregado de poeira proveniente dos moinhos passa por classificadores a ar; as partículas grossas são separadas e devolvidas aos moinhos para remoagem, enquanto o pó fino qualificado é coletado por coletores ciclônicos e enviado para o silo de dosagem de pó. O ar circulante é devolvido aos moinhos por meio de ventiladores para reciclagem, enquanto o excesso de ar gerado durante a moagem é purificado e descarregado na atmosfera.

2.4 Dupla utilização do pó fino

Além de ser utilizado para dosagem, parte do pó fino também é empregada como um adsorvente para vapores de piche durante os processos de mistura, amassamento e moldagem, após o que passa diretamente para a seção de mistura e amassamento.

3. Comparação na seleção de equipamentos essenciais

Atualmente, os principais equipamentos de moagem utilizados em usinas de carbono para a produção de pó de ânodo pré-cozido incluem Moinhos Raymond, moinhos de bolas e moinhos de rolos verticais. Durante a fase inicial de projeto da fábrica, a escolha do equipamento de moagem deve basear-se na capacidade de produção, no orçamento de investimento e nos requisitos do fluxo do processo.

3.1 Moinho Raymond – A opção mais utilizada

A fábrica da Raymond é a mais utilizado e reconhecido equipamento utilizado no processo de moagem de ânodo verde. Seu princípio de funcionamento é o seguinte: o motor principal, localizado na parte inferior, aciona os elementos de moagem para que girem ao longo do anel de rolos na parede interna do tambor. O material a ser moído é distribuído entre o anel de rolos e os elementos de moagem e é esmagado pela compressão, conseguindo a pulverização.

Vantagens: tecnologia madura, estrutura simples, fácil manutenção, investimento moderado.

3.2 Moinho de bolas – O pilar tradicional

O moinho de bolas é um equipamento tradicional de moagem. Algumas empresas utilizam moinhos com ventilação de ar de φ2,1 × 3,7 m equipado com separadores de pó grosso, coletores de pó do tipo ciclone e filtros de mangas de ar reverso para preparar e coletar o pó. A pureza do pó moído em moinho de bolas afeta diretamente a dosagem do piche na receita de produção do ânodo, influenciando, assim, a qualidade da mistura e do amassamento da pasta.

No entanto, algumas fábricas enfrentam problemas como projeto inadequado e seleção inadequada de equipamentos, o que faz com que o separador de pó grosso não consiga desempenhar sua função de classificação, dificuldade no controle e ajuste da pureza do pó moído em moinho de esferas, baixa uniformidade do pó e baixa capacidade do sistema, o que afeta seriamente a estabilidade e a racionalidade da receita de conformação.

Vantagens: grande adaptabilidade, capaz de processar materiais mais duros, investimento relativamente baixo.

3.3 Moinho de rolos vertical – A nova tendência em eficiência energética

A tecnologia do moinho vertical de rolos (VRM) vem sendo gradualmente promovida e aplicada na indústria de ânodos pré-cozidos nos últimos anos. O VRM utiliza o princípio da moagem em leito interparticular, com consumo de energia por unidade de cerca de 20%–30% inferior do que o de um moinho de bolas. Além disso, o processo de moagem apresenta um tempo de permanência curto, evitando a moagem excessiva e resultando em uma distribuição granulométrica uniforme.

Principais vantagens:

• Baixo ruído: O ruído a 1 metro do equipamento é de apenas 85 dB, em comparação com mais de 100 dB para um moinho de bolas horizontal.
• Boa estabilidade: A estabilidade do produto é muito superior à de um moinho de bolas horizontal, com um desvio da média aritmética dentro de 2.8 (o requisito geral de produção é um desvio de 5).
• Alta capacidade: Os moinhos de bolas verticais têm capacidades maiores, e o desgaste dos meios de moagem pode ser reduzido em mais de 80%.

Princípio de seleção de equipamentos: Se a produção for predominantemente a seco, priorizar a economia de energia e a proteção ambiental e buscar alta eficiência e controle preciso da finura, o VRM deve ser a opção preferida. Se for necessária uma operação a úmido, se houver materiais corrosivos envolvidos ou se o investimento inicial for limitado, o moinho de bolas continua sendo uma opção confiável.

4. Tecnologias-chave para o controle de qualidade de pós

4.1 Valor de Blaine – O principal indicador da finura do pó

O Valor de Blaine (área superficial específica) é um parâmetro fundamental para medir a finura do pó. O valor de Blaine do pó tem um impacto significativo na fórmula da pasta e no processo de mistura e amassamento. Estudos demonstraram que melhorias na densidade aparente e na permeabilidade ao ar do ânodo verde e do ânodo pré-cozido estão intimamente relacionados ao valor de Blaine.

No entanto, quando a proporção de pó ultrafino na mistura excede 50%, a resistência à compressão, a condutividade elétrica, a condutividade térmica e outras propriedades do ânodo podem ser afetadas negativamente. Portanto, controle preciso do valor de Blaine é fundamental para garantir a qualidade do ânodo.

4.2 Controle preciso da pureza do pó

A pureza do pó afeta diretamente a qualidade da mistura e da amassagem da pasta, o que, por sua vez, influencia a qualidade da aparência e os indicadores físico-químicos dos blocos de ânodo. Os métodos tradicionais de análise de pó são, em sua maioria, offline e intermitente, não atendendo aos requisitos de precisão, pontualidade e continuidade.

Últimos avanços tecnológicos:

• “Processo de ”remoção de poeira por decapagem com pó – dosagem precisa – adição direcional”: Por meio de modificações no sistema de pó, o valor de Blaine do pó foi reduzido de 5500–7500 para 3500–4000, reduzindo significativamente o valor e estreitando a faixa de flutuação. A estabilidade do sistema de moagem melhorou em mais de 60%, e o consumo total de energia na etapa de conformação diminuiu em 10%.
• Detecção inteligente online baseada em laser: É selecionado um dispositivo inteligente de detecção a laser em tempo real, combinado com uma tecnologia de controle automático em circuito fechado baseada em banco de dados desenvolvida internamente, para permitir a detecção automática em tempo real da distribuição granulométrica do pó moído em moinho de esferas, bem como o ajuste e controle automáticos da taxa de alimentação do moinho, da velocidade do classificador, da abertura do registro e de outros equipamentos.
• Sistema de detecção online: Utiliza amostragem contínua por sistema pneumático; após a amostra ser irradiada por um laser na câmara de amostragem, ela é devolvida à tubulação do processo, permitindo o monitoramento em tempo real da preparação do pó.

4.3 Controle da distribuição granulométrica

Além do controle de valor de Blaine, controle da distribuição granulométrica A granulometria do pó também oferece certas vantagens técnicas. Uma granulometria adequada pode melhorar efetivamente o efeito de preenchimento e o desempenho de aderência do pó.

5. Orientações para a otimização do processo de moagem do ânodo verde

5.1 Transição para a automação e a inteligência

Transição do modo tradicional de amostragem manual, triagem e ajuste manual da velocidade do moinho para um modo inteligente que apresenta detecção automática on-line e controle automático em malha fechada. Após a implementação de um projeto inovador em uma empresa, Monitoramento online contínuo 24 horas por dia foi alcançado. Ao controlar com precisão a composição granulométrica do pó moído em moinho de bolas e estabilizar a pureza do pó, a dosagem de piche foi reduzida em 0.2%, a taxa de qualificação do ânodo verde aumentou em 0.3%, e a taxa de produção de ânodos cozidos de primeira qualidade melhorou em 5%.

5.2 Atualizações de equipamentos e otimização do sistema

Para resolver problemas como a baixa eficiência de classificação e a dificuldade no controle da pureza nos sistemas tradicionais de moagem com moinho de bolas, medidas como a adição de sistemas de classificação do ar para as fábricas e aplicando controle difuso baseado em computador A integração ao sistema de alimentação pode melhorar efetivamente a qualidade do pó.

5.3 Controle Integrado de Processos

A qualidade do ânodo verde é influenciada por diversos fatores, incluindo pré-aquecimento, mistura e amassamento, resfriamento da massa, conformação e a receita do processo. O processo de moagem deve trabalhar em estreita colaboração com as operações anteriores e posteriores para alcançar uma otimização coordenada em todo o fluxo de produção.

O processo de moagem do ânodo verde é um elo tecnológico fundamental na produção de ânodos pré-cozidos para a fundição de alumínio. Embora em pequena quantidade, o pó fino afeta praticamente todos os aspectos da qualidade do ânodo. A partir da solução tradicional e consolidada do Moinho Raymond, ao amplamente utilizado moinho de bolas, e o avanço em eficiência energética do moinho de rolos vertical, a seleção de equipamentos deve ser adaptada às condições específicas de cada fábrica. Por outro lado, os avanços contínuos em tecnologias como controle preciso do valor de Blaine, detecção online da pureza do pó e regulação automática inteligente estão levando o processo de moagem do ânodo verde a um nível de maior qualidade, menor consumo de energia e maior inteligência.