Análise completa do processamento de escória de alumínio com Moinho de rolos vertical: Esquema do processo, seleção de equipamentos e valor da utilização de recursos

Escória de alumínio, especialmente escória de alumínio secundária que é classificado como resíduo perigoso, há muito tempo é considerado um fardo para as indústrias de alumínio eletrolítico e de fundição. No entanto, com os avanços na tecnologia de reciclagem de recursos e políticas ambientais cada vez mais rigorosas, esse pó preto-acinzentado está agora ganhando uma nova vida. Tecnologia de processamento do moinho vertical de rolos (VRM), com suas vantagens únicas de alta eficiência, economia de energia e proteção ambiental, está se tornando uma opção ideal para a aproveitamento dos resíduos de alumínio. Este artigo apresenta uma análise abrangente do esquema do processo, da seleção de equipamentos e do valor de aproveitamento dos recursos no processamento de resíduos de alumínio por meio do VRM.

1. Por que o processamento VRM é necessário para as escórias de alumínio?

1.1 Composição das escórias de alumínio e desafios do processamento

A escória de alumínio possui uma composição altamente complexa, contendo normalmente 10%–30%: alumínio metálico; 20%–40%: alumina (Al₂O₃), bem como fluoretos, nitretos (AlN), sais e várias outras substâncias. A China gera milhões de toneladas de escória de alumínio anualmente. O descarte direto em aterros não só polui o meio ambiente, mas também representa um enorme desperdício de recursos.

Os principais desafios no tratamento de escória de alumínio são três:

• Composição complexa: Ele contém alumínio metálico, alumina, nitreto de alumínio, fluoretos e muitos outros componentes. Um único processo tradicional dificilmente consegue alcançar uma recuperação abrangente dos recursos.
• Classificação de resíduos perigosos: A escória de alumínio secundária está incluída no catálogo nacional de resíduos perigosos, exigindo processos de tratamento que atendam a rigorosos padrões ambientais.
• Requisitos de alta reatividade: Muitas linhas de produção de alto valor agregado (como refratários, cerâmicas e matérias-primas para cimento) apresentam requisitos rigorosos quanto à finura da matéria-prima; por exemplo, menos de 5% de resíduos na peneira de 80 μm.

1.2 Vantagens exclusivas do processamento VRM

Após a calcinação e outros tratamentos inofensivos, os principais componentes das escórias de alumínio são a alumina (Al₂O₃), a sílica (SiO₂), etc., que são relativamente duras. As principais funções do VRM são:

• Moagem e modificação: Por meio da compressão e da moagem, a escória é transformada em pó fino, o que aumenta consideravelmente sua área superficial específica e melhora sua reatividade química.
• Controle preciso da finura: O classificador integrado no VRM permite um controle preciso do tamanho das partículas, garantindo a consistência do produto.
• Valor agregado: Os produtos em pó têm maior valor de mercado e uma gama mais ampla de aplicações do que a escória bruta.

2. Fluxo do processo principal de tratamento de escória de alumínio com VRM

O sistema VRM integra “trituração – moagem – classificação – calcinação” em um único fluxo, liberando com eficiência elementos valiosos da escória de alumínio. Todo o processo compreende quatro etapas principais:

Etapa 1: Pré-tratamento e trituração

A escória de alumínio é, em primeiro lugar, triturada grosseiramente por um triturador de mandíbulas para remover impurezas de grande porte, e sua umidade é ajustada antes de ser alimentada no sistema VRM. O ponto-chave nesta etapa é garantir um tamanho uniforme das partículas na alimentação, a fim de evitar entupimentos no equipamento e melhorar a estabilidade operacional geral.

Etapa 2: Moagem VRM e classificação preliminar

Este é o ponto central de todo o processo. Após entrar no VRM, a escória de alumínio é impulsionada pela mesa de moagem rotativa de alta velocidade e distribuída uniformemente pela zona de moagem por meio da força centrífuga. Sob pressão do sistema hidráulico, os rolos de moagem aplicam forças de compressão e cisalhamento ao material, proporcionando uma redução eficiente do tamanho. Sob pressão hidráulica, a combinação de uma mesa de moagem arqueada e rolos cônicos permite moer escória de alumínio até Pó ultrafino de 45–100 μm.

Durante a moagem, é introduzido ar quente simultaneamente para secar o material, impedindo de forma eficaz que ele grude no moinho. Ao mesmo tempo, o classificador dinâmico integrado separa partículas finas e grossas em tempo real – as partículas grossas caem de volta para serem moídas novamente, enquanto o pó fino é transportado pela corrente de ar, produzindo um pó de escória de alumínio de alta finura e alta reatividade. Estudos mostram que, após a moagem mecânica até 45 μm, a escória de alumínio pode reagir rapidamente com a água à temperatura ambiente, liberando hidrogênio, o que indica uma reatividade significativamente maior.

Etapa 3: Calcinação em alta temperatura e conversão de recursos

O pó de escória de alumínio moída é alimentado em um forno rotativo para tratamento térmico. Em 1.100–1.300 °C, a escória passa por três transformações simultâneas:

• Alumínio metálico é oxidado para formar alumina de alta pureza
• Nitreto de alumínio (AlN) é convertido em alumina com liberação de nitrogênio
• Fluoretos reagir com agentes fixadores de flúor à base de cálcio para formar fluoreto de cálcio estável, alcançando simultaneamente um tratamento inofensivo e a recuperação de recursos

Controle do gradiente de temperatura é fundamental – a cabeça do forno é mantida a 1.250 °C para promover a síntese de aluminato de cálcio, enquanto a parte final do forno utiliza 850 °C resfriamento rápido para inibir efetivamente a reformação de substâncias nocivas, como as dioxinas.

Etapa 4: Tratamento ambiental e finalização do produto

Os gases de exaustão da calcinação são tratados por diversas instalações de proteção ambiental:

• Sistema de desnitrificação SNCR: A eficiência de conversão de NOx ultrapassa 75%
• Filtro de mangas: Eficiência de captação de até 99,9%, com a concentração de partículas na saída estabilizada em abaixo de 8 mg/Nm³, muito mais rigoroso do que o limite padrão nacional de 20 mg/Nm³
• Purificador por pulverização alcalina: Neutraliza gases ácidos, como HF e HCl

Os produtos recuperados, incluindo alúmina e aluminato de cálcio, podem ser utilizados como desoxidantes na produção de aço, matérias-primas para cerâmica ou materiais retardantes de chamas, com um valor agregado significativamente maior.

3. Pontos-chave para a seleção de equipamentos de VRM

O processamento de escória de alumínio impõe exigências especiais aos equipamentos VRM. Os seguintes fatores devem ser levados em consideração durante a seleção:

3.1 Controle preciso da finura de moagem

Diferentes aplicações a jusante apresentam diferentes requisitos de finura para o pó de escória de alumínio:

• Refratários: Normalmente, malha 80–200
• Aditivos para concreto: Recomendado: malha 200–325
• Aplicações de alto valor: Preciso de pó ultrafino com granulometria de 45 a 100 μm

Os VRMs da série LM permitem um controle flexível da finura por meio do ajuste da velocidade do classificador. Equipamentos como o Moinho vertical ultrafino LUM concentra-se na moagem ultrafina na faixa de 400 a 3.250 mesh, com finura ajustável e controlável.

3.2 Capacidade de secagem

A escória de alumínio costuma conter um pouco de umidade; por isso, o sistema VRM deve ter capacidade de secagem simultânea. O LM moinho de rolos vertical integra secagem, moagem, classificação e transporte em uma única unidade, tornando-a particularmente adequada para o processamento de escória de alumínio com maior teor de umidade. Seu exclusivo princípio da moagem em leito interparticular garante uma moagem uniforme e evita a moagem excessiva.

3.3 Controle de automação

O sistema VRM utiliza um Sistema PLC para ajustar a pressão dos rolos de moagem e a temperatura do ar, garantindo um controle preciso da finura da moagem e da eficiência da secagem. As taxas de recuperação de alumínio podem chegar a mais de 85%, e a taxa de aproveitamento total do revestimento de fundição de alumínio usado e do eletrólito de alumínio ultrapassa 90%.

4. Análise dos benefícios ambientais e econômicos

4.1 Valor ambiental

O processamento de escória de alumínio com base na tecnologia VRM cria um ciclo fechado de “recursos – produtos – recursos reciclados”. Toda a linha opera sob pressão negativa em ambiente totalmente fechado e está equipada com um sistema de proteção ambiental de três estágios:

4.2 Benefícios econômicos

O valor econômico das escórias de alumínio processadas pelo método VRM é considerável:

• Economias de escala: Uma empresa que utiliza o processo VRM conseguiu RMB 200 milhões em receita através do tratamento de 50.000 toneladas de escória de alumínio por ano, com um retorno sobre o investimento que chega a 50%.
• Maior recuperação de alumínio: A recuperação de alumínio metálico pode ser aumentada para mais de 92%.
• Valor a jusante: O aluminato de cálcio à base de escória de alumínio apresenta uma eficiência de dessulfuração 40% superior à da bauxita tradicional. Um teste realizado em uma siderúrgica reduziu o consumo de alumínio por tonelada de aço em 1,2 kg.
• Aplicações em materiais de construção: A adição de escória de alumínio tratada com 15% ao cimento aumentou a resistência à compressão aos 3 dias em 12% e reduziu o coeficiente de difusão de cloretos em 50%.

5. Perspectivas de aplicação e tendências de desenvolvimento

Com o controle nacional cada vez mais rigoroso sobre resíduos perigosos, como escória de alumínio, e o aprofundamento da “carbono duplo” Com essa estratégia, o mercado de aproveitamento de escórias de alumínio está passando por um crescimento explosivo. A tecnologia de processamento VRM, com suas vantagens integradas de combinando trituração, secagem e classificação, tornou-se a solução preferida para o tratamento de escória de alumínio verde.

No futuro, o processamento de escória de alumínio com VRM evoluirá nas seguintes direções:

• Moagem ultrafina: A finura do produto continuará a atingir níveis cada vez mais finos para atender às necessidades de aplicações de ponta.
• Produção em grande escala: A capacidade por linha continuará aumentando para atender às necessidades de descarte centralizado das grandes fundições de alumínio.
• Inteligentização: Integração profunda entre o sistema de controle distribuído (DCS) e os algoritmos de otimização baseados em IA.
• Recuperação total de recursos: Mudança da coprodução de um único produto para a coprodução de vários produtos.

Processamento de escória de alumínio com um moinho de rolos vertical é uma solução técnica abrangente que integra tratamento ambiental, recuperação de recursos e aproveitamento de alto valor. Por meio do fluxo integrado de “trituração – moagem – classificação – calcinação”, o sistema VRM não apenas permite o descarte seguro das escórias de alumínio, mas também converte resíduos perigosos em produtos de alto valor agregado, gerando benefícios econômicos significativos. Seja para novos projetos de tratamento de escória de alumínio ou para a modernização de processos existentes, a tecnologia de processamento VRM merece atenção especial e consideração prioritária.