Análise do processo da linha de produção de pó de escória de níquel: do resíduo sólido ao recurso de alto valor

Introdução

A escória de níquel é um resíduo sólido industrial gerado durante a fundição de ligas de ferroníquel ou de níquel eletrolítico. Seu volume de emissão é enorme — aproximadamente de 6 a 10 vezes a produção de liga de ferroníquel. As emissões anuais de escória de níquel na China ultrapassaram 30 milhões de toneladas, tornando-a o quarto maior resíduo de fundição. Grandes acúmulos de escória de níquel não apenas ocupam valiosos recursos fundiários, mas também representam riscos potenciais de poluição para o solo e as águas subterrâneas.

No entanto, a escória de níquel não é um “resíduo”. Seus principais componentes são silicatos e uma pequena quantidade de óxidos metálicos, contendo elementos valiosos, como níquel e ferro residuais, e possui alto potencial de atividade e valor de aproveitamento como recurso. Por meio de um processamento cientificamente comprovado, a escória de níquel pode ser convertida em micropós altamente ativos, amplamente utilizados em aditivos para cimento, aditivos para concreto e novos materiais de construção, alcançando o transformação de resíduos sólidos industriais em recursos de alto valor.

Então, como se constrói uma linha de produção eficiente de pó de escória de níquel? Este artigo apresenta uma análise abrangente do fluxo do processo, seleção dos principais equipamentos e perspectivas de aplicação para linhas de produção de pó de escória de níquel.

I. Características físicas da escória de níquel e desafios da moagem

Compreender as propriedades da matéria-prima é o primeiro passo no projeto do processo. A escória de níquel apresenta-se geralmente na cor cinza-escura, na forma de pedaços ou grânulos, tendo como principais componentes SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, etc., e algumas amostras contêm resíduos de níquel metálico, ferro e outros minerais. Seu processo de moagem enfrenta os seguintes desafios três grandes desafios:

• Alta dureza e forte abrasividade: A escória de níquel possui uma dureza na escala de Mohs de aproximadamente 5–7, o que a coloca na categoria de dureza média a alta. Quando processada em moinhos de bolas tradicionais, o consumo de energia chega a cerca de 90 kWh/t, com alto consumo de esferas de aço.
• Teor de umidade variável: O teor de umidade varia significativamente entre as diferentes fontes, chegando, às vezes, a ultrapassar 8%, o que afeta a eficiência da moagem.
• Impurezas metálicas: A escória de níquel contém partículas de liga de ferroníquel incorporadas, que não só afetam a pureza do produto, mas também causam desgaste adicional nos equipamentos.

Essas características significam que a moagem de escória de níquel não é possível simplesmente utilizar equipamentos convencionais de processamento de pó mineral; isso exige soluções de processo específicas e equipamentos especializados.

II. Fluxo do processo principal de uma linha de produção de pó de escória de níquel

As linhas modernas de produção de pó de escória de níquel geralmente adotam um processo integrado de “pré-tratamento – trituração – remoção de ferro – coleta – armazenamento”. Um fluxo de processo típico com um moinho de rolos vertical (VRM) como elemento central é o seguinte:

2.1 Preparação e pré-tratamento da matéria-prima

O pré-tratamento da matéria-prima é a base para o funcionamento estável da linha de produção.

Secagem ao ar em curral: A escória de níquel transportada para a fábrica é primeiro seca ao ar no pátio de armazenamento para reduzir a umidade inicial.

Controle de triagem: O tamanho das partículas da escória de níquel é controlado para abaixo de 60 mm por meio de equipamentos de peneiramento para garantir uma alimentação uniforme e estável.

Pré-tratamento para remoção de ferro: As impurezas de níquel-ferro são removidas por um separador magnético de alta intensidade e, em seguida, peneiradas por uma peneira vibratória para garantir que o tamanho das partículas da matéria-prima seja ≤50 mm e o teor de umidade ≤6%, reduzindo assim o desgaste do equipamento e melhorando a eficiência da moagem.

Após o pré-tratamento, a escória de níquel é transportada continuamente até a tremonha de alimentação por meio de equipamentos de carregamento, garantindo o fornecimento contínuo de material e evitando interrupções na produção.

2.2 Moagem primária – Moinho de coluna para “Mais trituração, menos moagem”

Um alimentador de vazão constante está instalado na extremidade de descarga da tremonha de alimentação para alimentar uniformemente a escória de níquel em um moinho de colunas para moagem primária.

O moinho de colunas adota o “mais esmagamento, menos trituração” conceito de projeto. Por meio de uma ação de compressão e cisalhamento, ele tritura a escória de níquel de modo que Mais de 90% das partículas têm tamanho inferior a 5 mm. As principais funções desta etapa são:

• Reduzir significativamente o consumo de energia na etapa de moagem subsequente e melhorar a eficiência geral do sistema.
• Libertação eficaz das partículas de níquel-ferro incorporadas nas fases do minério para facilitar a recuperação posterior do metal.

2.3 Remoção de ferro em três etapas – Garantindo a pureza do produto

O pó fino proveniente da moagem primária entra em um sistema de remoção de ferro em três etapas, utilizando separadores magnéticos de alta intensidade para remover as impurezas de ferro, etapa por etapa.

Objetivo: Certifique-se de que o teor final de ferro no produto seja controlado abaixo de 2%, atendendo aos requisitos de qualidade para materiais de construção ou aditivos em forma de micropó.

2.4 Moagem de núcleo – Sistema de moinho de rolos vertical para processamento aprofundado

As partículas finas da escória de níquel, após a remoção do ferro, são transportadas para o sistema de moinho de rolos vertical para retificação profunda. O VRM é o equipamentos essenciais de toda a linha de produção, integrando moagem, secagem e classificação em uma única unidade.

Fluxo de trabalho:

1. Alimentação e moagem: A escória de níquel entra no VRM por meio de um dispositivo de alimentação com câmara de equilíbrio. Na mesa de moagem, ela se espalha para fora sob a ação da força centrífuga, ao mesmo tempo em que é submetida à compactação de alta pressão e ao cisalhamento pelos rolos, o que resulta na pulverização.
2. Secagem simultânea: O ar quente é introduzido pela parte inferior ou lateral do moinho para secar o material durante o processo de moagem. Um forno de ar quente é acionado simultaneamente para fornecer calor de secagem, utilizando gases de combustão residuais ou energia limpa para aquecer o ar para a secagem em linha.
3. Classificação: O moinho está equipado com um classificador de alta eficiência. As partículas grossas caem de volta para serem moídas novamente, enquanto as partículas finas são transportadas pelo fluxo de ar até o sistema de coleta de pó.

Por meio de um processamento aprofundado no VRM, a escória de níquel é moída até atingir uma área superficial específica de 4.200–4.500 cm²/g, atendendo aos padrões de aditivos minerais de alto desempenho.

Processo de recirculação: Durante a moagem, grandes impurezas inertes e partículas ricas em ferro que não podem ser totalmente moídas são descarregadas do fundo do moinho por meio de uma saída de descarga. Esses materiais são descarregados por meio de uma válvula de descarga do tipo “heavy-hammer” com câmara de ar e, em seguida, transportados por um elevador de caçambas até a parte superior, onde passam por remoção secundária de ferro por meio de um separador magnético a seco para recuperar os recursos de níquel-ferro. O material desferrizado é devolvido ao sistema VRM por meio de um silo intermediário para reprocessamento, garantindo que os recursos sejam totalmente aproveitado.

2.5 Separação gás-sólido e coleta do produto final

O gás carregado de poeira proveniente da usina é purificado por um sistema de alta eficiência filtro de mangas. O pó de escória de níquel coletado é transportado para o silo de produto acabado por meio de uma calha de ar ou transportador helicoidal. Após o tratamento, a concentração de poeira nos gases de exaustão fica abaixo de 10 mg/Nm³, atendendo às normas ambientais.

2.6 Armazenamento e expedição do produto acabado

O pó de escória de níquel pronto é armazenado em grandes silos de aço ou de concreto. Um carregador a granel ou empacotador é instalado na parte inferior do silo para o envio a granel ou ensacado, de acordo com as necessidades do cliente.

III. Seleção de equipamentos: VRM x. Moinho Raymond vs. Moinho de bolas

A escolha dos equipamentos para uma linha de produção de pó de escória de níquel determina diretamente os custos de investimento, a eficiência operacional e a qualidade do produto. A seguir, apresentamos uma comparação entre as três principais opções:

Recomendações de seleção:

• Projetos de grande porte (produção anual > 200.000 toneladas): O VRM é a primeira opção. Embora o investimento inicial seja maior, as vantagens em termos de consumo de energia, estabilidade da qualidade do produto e custos operacionais gerais são significativas. O consumo de energia do sistema VRM é 20%–30% inferior em comparação com os moinhos de bolas tradicionais. Na China, os VRMs têm sido aplicados com sucesso em grandes projetos de moagem de escória de níquel, como o 300.000 t/ano fábrica em Xuchang e a 300.000 t/ano fábrica na Indonésia.
• Projetos de pequeno a médio porte ou investimentos com restrições orçamentárias: Moinho Raymond podem ser considerados. Os moinhos Raymond otimizados também são capazes de moer escória de níquel, com a finura final ajustável entre malha 80–400. No entanto, é importante observar que a escória de níquel apresenta alta dureza (dureza de Mohs em torno de 6–7), o que afetará a vida útil das peças sujeitas a desgaste em um moinho Raymond.
• Processo tradicional de moagem em moinho de bolas: Devido ao alto consumo de energia (90 kWh/t), baixa capacidade e alto consumo de esferas de aço, isso não é mais recomendado para o processamento de escória de níquel.

IV. Exemplos típicos de aplicação

Caso 1: Tengxin, Xuchang, Henan – Linha de produção de micropó de escória de níquel com capacidade de 600.000 t/ano

Em 2012, a Xinxiang Great Wall construiu a primeira 300.000 t/ano Linha de produção de escória de níquel para a Henan Xuchang Tengxin Technology Co., Ltd. Todo o pó de escória de níquel produzido foi vendido para grandes empresas de cimento e concreto pré-misturado na província de Henan e arredores, alcançando bons retornos econômicos e vendas em franca expansão. No final de 2013, a empresa assinou um contrato para uma segunda linha de produção, que foi colocada em operação com sucesso em agosto de 2014. As duas linhas, juntas, produzem 600.000 t/ano de micropó de escória de níquel, sendo o principal equipamento o Moinho de rolos vertical GRMS33.

Caso 2: PT. Gunung Steel Group, Indonésia – Projeto EPC de micropó de escória de níquel com capacidade de 300.000 t/ano

Em 2015, após inspeções no local e comparações repetidas entre vários fabricantes chineses de equipamentos de moagem de escória industrial, a PT. Gunung Steel Group, da Indonésia, decidiu finalmente assinar um contrato EPC com a Xinxiang Great Wall para um 300.000 t/ano linha de produção de micropó de escória de níquel. O principal equipamento era o Moinho de rolos vertical GRMS33, e o projeto foi concluído com sucesso e colocado em operação em novembro de 2016. Durante a operação sob carga, a usina atingiu uma capacidade de 50 t/h e uma área superficial específica de 450 m²/kg, atendendo a todos os requisitos de projeto relativos à produção e à qualidade.

V. Vantagens do sistema e benefícios abrangentes

A linha de produção de pó de escória de níquel, que tem um VRM como elemento central, oferece o seguinte: cinco vantagens principais:

5.1 Eficiente em termos energéticos e ecologicamente correto

O VRM utiliza o princípio de moagem em leito de material, reduzindo o consumo de energia em 20%–30% em comparação com os moinhos de bolas tradicionais. Ele pode utilizar o calor residual de fornos ou caldeiras para a secagem. A linha de produção está equipada com sistema de transporte totalmente fechado, coleta de poeira por pressão negativa, isolamento acústico e dispositivos de redução de ruído, controlando de forma eficaz a poluição por poeira e ruído.

5.2 Alto grau de automação

Toda a linha de produção adota um DCS – sistema de controle distribuído, permitindo o monitoramento remoto, a ativação e desativação automáticas, alarmes de falha e registro de dados, reduzindo significativamente a intervenção manual. O sistema VRM está equipado com um sistema de controle automático de carga que ajusta dinamicamente a pressão dos rolos com base em parâmetros como espessura da camada, vibração e consumo de energia.

5.3 Grande capacidade de adaptação

Ele é capaz de processar matérias-primas de escória de níquel com diferentes composições, tamanhos de partículas e teores de umidade. A finura do produto pode ser controlada de forma flexível por meio do ajuste do volume de ar, da temperatura do ar, da pressão de moagem e de outros parâmetros.

5.4 Operação estável

O VRM integra moagem, secagem e classificação, simplificando o fluxo do processo, reduzindo o número de pontos de falha em potencial e diminuindo os custos de manutenção. O sistema está equipado com monitoramento on-line multidimensional de temperatura, pressão, vibração etc., garantindo a segurança do equipamento.

5.5 Benefícios duplos

Benefícios econômicos: Recuperação de metais valiosos à base de níquel-ferro; o micropó de escória de níquel, comercializado como aditivo para cimento, apresenta amplas perspectivas de mercado. Benefícios ambientais: Redução da ocupação de terras e da poluição ambiental causada pelas escórias residuais; alinhamento com a economia circular nacional e com a direção estratégica de desenvolvimento do “duplo carbono”.

A linha de produção de pó de escória de níquel é uma via fundamental para a transformação de resíduos sólidos industriais em recursos de alto valor. A solução de processo moderna, centrada no moinho de rolos vertical, por meio de um fluxo integrado de “pré-tratamento – trituração – remoção de ferro – coleta – armazenamento”, alcança eficiente, econômico em termos de energia e limpo utilização de escória de níquel.

Seja sob a perspectiva de pressão ambiental (reduzindo a ocupação de terras e a poluição) ou retornos econômicos (recuperação de metais valiosos e produção de micropós de alto valor agregado), a construção de uma linha de produção de pó de escória de níquel projetada cientificamente é uma escolha acertada tanto para empresas metalúrgicas quanto para as do setor de materiais de construção. Com o fortalecimento contínuo das políticas nacionais sobre a utilização de resíduos sólidos como recurso e o aprofundamento das metas de “dupla redução de carbono”, o setor de processamento de pó de escória de níquel está abrindo caminho para oportunidades de desenvolvimento sem precedentes.