A RECICLAGEM DE RESÍDUOS SIDERÚRGICOS SÓLIDOS

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1 A RECICLAGEM DE RESÍDUOS SIDERÚRGICOS SÓLIDOS Cyro Takano (*), José Deodoro T. Capocchi(**), Ramiro Conceição Nascimento(***), Marcelo Breda Mourão(*), Guilherme Lenz(****) e Dener Martins dos Santos(****) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Depto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Av. Prof. Mello Moraes, São Paulo- S.P. e.mail: cytakano@usp.br RESUMO As siderúrgicas integradas geram diversos tipos e em grande quantidade de resíduos sólidos. Estes resíduos podem ser classificados em 3 grandes grupos; os ditos recicláveis contendo ferro, os finos de coque e as escórias. Entre os recicláveis contendo ferro estão: as poeiras e lamas de Alto-Forno e de aciaria; a lama de tratamento de água de laminação; poeiras de sinterização; e outros. As escórias são basicamente as geradas no Alto-Forno, na aciaria e no lingotamento contínuo. Este trabalho trata apenas dos resíduos siderúrgicos recicláveis contendo ferro e finos de coque. Estes resíduos são parcialmente reciclados como adição à carga da sinterização de minérios, porém com prejuízos à boa prática operacional. Visando buscar alternativas mais vantajosas estes resíduos foram inicialmente caracterizados física e quimicamente. A seguir avaliaram-se os comportamentos a frio e a quente (crepitação, resistência a quente, inchamento e redução) das pelotas auto-redutoras de diversas composições. Os bons resultados apresentados mostraram que as pelotas contendo estes resíduos poderiam ser recicladas diretamente na aciaria ( conversor) substituindo parcialmente a sucata. Para completar os ensaios, estas pelotas foram adicionadas num banho líquido de ferro-carbono para estimar o rendimento de recuperação de ferro contido nas mesmas. Com os resultados técnicos obtidos fez-se uma estimativa de custos e benefícios. Concluiu-se que os resíduos citados são técnica e economicamente viáveis de serem reciclados, via aglomerados auto-redutores, em conversores. O benefício líquido desta alternativa foi estimado em U$ 10 a US$20 por tonelada de resíduo. Palavras chaves: reciclagem, resíduos siderúrgicos. Seminário Nacional sobre Reuso/Reciclagem de Resíduos Sólidos Industriais. Secretaria do Meio Ambiente do Est. S. Paulo. São Paulo. 28 a 31/8/2000. (*) Professor Associado; (**) Professor Titular; (***) Pesquisador Doutor; (****)Doutorandos 1

2 INTRODUÇÃO A produção anual de aço bruto no Mundo é de 780 milhões de toneladas. Tal volume de produção é responsável pela geração de aproximadamente 30 milhões de toneladas de resíduos recicláveis por ano. No Brasil, onde a produção de aço anual é de 25 milhões de toneladas, são gerados cerca de 1,2 milhões de toneladas de resíduos recicláveis por ano. Os principais resíduos sólidos recicláveis numa usina siderúrgica integrada são: as poeiras da sinterização; os pós e as lamas de alto-forno; as lamas de aciaria; as carepas de lingotamento contínuo; carepas de escarfagem; as lamas de laminação e os finos de coque. A recuperação dos valores metálicos contidos nos resíduos sólidos acima mencionados passou a ser muito importante tanto do ponto de vista das restrições legais impostas pelas legislações relativas à proteção do meio ambiente, como do ponto de vista econômico, por contribuírem para a compensação dos custos de instalação e operação de equipamentos antipoluição instalados nas usinas. Outros resíduos sólidos são os fragmentos de escórias geradas na fabricação do gusa, do aço e resultante do lingotamento contínuo do aço. Dependendo da procedência da escória elas podem ser recirculadas, estocadas ou comercializadas para a industria cimenteira ou da construção civil (agregados). As tabelas I a V contem os principais dados estimativos sobre a siderurgia mundial e brasileira, em particular sobre a geração e destino de resíduos siderúrgicos sólidos (recicláveis e escórias). Embora haja discordâncias em alguns dados, os mesmos foram citados para se ter uma referência das quantidades. Tabela I. Produção siderúrgica (milhões de toneladas/ano) e consumo (kg/ano) per capita em 1999 (1) Mundial Paises Desenvolv. Brasil Produção aço bruto (milhões t/ano) Cons. Per capita (kg/ano) Tabela II. Exportações e importações de produtos siderúrgicos brasileiros (1) Milhões de toneladas/ano US$ bilhões Exportações 9,8 2,3 Importações 0,5 Saldo 1,8 Embora a reciclagem da maior parte (80%) dos resíduos sólidos ricos em ferro via sinterização seja uma prática siderúrgica comum, devido principalmente às características granulométricas dos mesmos (uma alta porcentagem de particulados com granulometria inferior a 0,105 mm), tal pratica não é a mais recomendada, por diminuir a permeabilidade do leito da carga e conseqüentemente a perda da produtividade da sinterização 2

3 Tabela III. Geração de Resíduos Siderúrgicos. Dados estimativos MUNDO BRASIL kg/t gusa ou aço Milhões t/ano Milhões t/ano RECICLÁVEIS 43 (2) 30 1,2 Poeira de Alto Forno 1 a 2 (3) (***) 0,5 a 1,0 0,02 a 0,04 Lama de Alto forno < 1 (3) (***) ~0,2 ~0,001 Poeira de Sinterização 15 (3)? 7 0,3 Finos de coque??? Lama grossa do conversor 5-6 (3) 2,5 0,1 Lama fina do conversor 17 (3) 8 0,34 CAREPAS ( 3)_ 7 0,3 POEIRA ACIARIA 15 (3) 4,6 0,07 ELETRICA ESCORIA A F 150 a350 (300) (3) 140 6,0 ESCÓRIA CONVERSOR 100 (3) 47 (*) 2.0 (**) ESCÓRIA LINGO. CONT (*) 0,7 (**) ESCORIA ACIARIA ELETRICA 15 (3) 5(*) 0,075 (*) 60% aço por conversor e 40% por aciaria elétrica e (**) 80 e 20% respectivamente; (***) Pós e lamas p/ prod. Gusa = 16,9 kg/t e para aciaria = 16 kg/t (ref. 5) Tabela IV Destinação dos principais resíduos siderúrgicos recicláveis (3) DESTINO OBS. % Fe CONTIDO ALTERNATIVA RECICLAGEM Poeira de Alto Forno 100% Sinterização. Diminui rendimento 41 e C= 26% Em aciaria ou DRI como redutor Lama de Alto Forno 50% Sinterização f(do teor de Zn) Diminui rendimento 37 e C=30% Em aciaria ou DRI como redutor Poeira de 100% Sinterização Diminui Em aciaria ou DRI Sinterização rendimento Finos de coque Sinterização Lama grossa do conversor 15% reciclado 11% comercializado Depende do teor de Zn 87 sendo 85% metálico Em aciaria ou DRI ou recuperação de Zn Lama fina do conversor 42% p/aterro 60 sendo 32% metal Em aciaria ou DRI ou recuperação de Zn Lama laminação 65% Carepas 83% reciclado p/ óleo < 2% 74% Em aciaria ou DRI Poeira de aciaria elétrica 25% comercializado Contem metais pesados Fe= 30 a 50% Zn=10 a 25% Reciclagem em aciaria ou recuperação de Zn Tabela V. Destinação das escórias siderúrgicas MUNDO BRASIL (4) (%)Reciclado/ Reciclado ou Escória de Alto Forno Escória de conversor Escória de Lingotamento Escória de aciaria elétrica comercializado 75% cimento 25% construção Aterro (%) ou estocagem comercializado 63% cimento 31% outros 45 % aterro 75% construção ou reciclado 25 33% venda 2% reciclado % venda 2% reciclado aterro especial Aterro (%) ou estocagem 27% aterro 38% outros 27% aterro 38% outros 100%? 3

4 O Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da EPUSP vem desenvolvendo, desde 1996, projetos para reciclagem de resíduos siderúrgicos com apoio da Aços Villares e do PADCT (Programa de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico) (6-17). O projeto PADCT analisou duas rotas tecnológicas à reciclagem de resíduos sólidos da COSIPA (usina integrada), ou seja: A) AUTO-REDUÇAO no estado sólido de pelotas auto-redutoras [finos oriundos das lamas (alto forno, aciaria e laminações) e finos de coque] aglomeradas a frio com cimento e/ou briquetes auto-redutores (finos das carepas, finos das lamas e finos de coque e pó do coletor do alto forno); e B) AUTO- REDUÇÃO em banho de metal líquido (fusão-redução), sob um fluxo de gás inerte. Apresentar-se-á a seguir os resultados obtidos. MATERIAIS E MÉTODOS LAMAS, PÓ DO COLETOR DO ALTO-FORNO E CAREPAS DA LAMINAÇÃO Cinco tipos de lamas foram utilizados neste estudo, de acordo com a nomenclatura adotada pela COSIPA, a saber: a) lama de aciaria do sistema OG fração fina (LOGFF); b) lama de aciaria do sistema OG fração grossa (LOGFG); c) lama do alto- forno fração fina (LAFFF); d) lama do alto-forno fração grossa (LAFFG); e) lama das laminações [ETRAL] (estação de tratamento e recirculação de águas das laminações); foram utilizados os finos do coletor do alto-forno (PCOL) e também dois tipos de carepas: CMLC, carepas geradas no lingotamento contínuo e CMEA, carepas geradas na escarfagem automática. A Tabela VI mostra a análise química dos resíduos em questão. FINOS DE COQUE A moinha de coque da referida usina foi moída, em moinho de bolas, para se obter uma granulometria adequada ao processo de pelotização (90% dos finos com granulometria inferior a 150µm). A análise imediata do coque (fornecida pela COSIPA) é a seguinte: C fixo = 85%; cinzas = 13%; voláteis 2%. Tabela VI. Análise química dos resíduos (% em massa) Resíduo C MnO SiO 2 MgO Al 2 O 3 Fe(t) Fe o / K 2 O Na 2 O CaO S Fe FeO Fet LOGFF 1,11 1,76 1,80 1,90 0,14 59,24 31,9 0,14 0,13 8,70 0,09-59,2 LOGFG 0,62 0,26 1,79 0,93 0,14 86,42 85,4 0,07 0,037 4,33 0,01-27,9 LAFFF 30,3 0,33 6,95 0,65 2,60 36,55-0,11 0,17 1,67 0,33 49,1 2,2 LAFFG 26,6 0,38 6,89 0,83 1,97 40,67-0,07 0,153 2,43 0,25 50,8 5,2 ETRAL 7,99 0,47 2,39 0,46 1,69 64, ,87 0,14-79,1 PCOL 22,6 0,36 6,97 1,08 2,05 35, ,07 0,37-3,5 CMLC 0,26 0,89 2,5 0,11 0,85 71, ,7 0, CMEA 0,1 0,82 4,9 0,11 1,21 75,8-0,03-2,93 0,

5 CIMENTO Foi utilizado cimento Portland tipo ARI (alta resistência inicial). Tal matéria-prima possui, sem qualquer processamento, uma granulometria apta a pelotização (100% dos finos com granulometria inferior a 100µm). MISTURAS DESTINADAS A PELOTIZAÇÃO E/OU BRIQUETAGEM As composições das misturas, que foram pelotizadas e/ou briquetadas, estão apresentadas na Tabela VII. PELOTAMENTO As pelotas auto-redutoras foram geradas num disco pelotizador (Eirich) de laboratório. O diâmetro das pelotas esteve entre 12 mm e 18 mm. Tabela VII. Composição das misturas ensaiadas (% em massa) Matériaprima LOG LOG LAF LAF COQUE CIM ETRAL B CMLC CMEA PCOL FF FG FF FG P1 65,79 11, , P2 68,3 12, ,1 6, P3 69,4 12, ,3 5, P4 70,1 12, ,5 4, P5 70,8 12, ,6 3, P6 84, ,7 6, P7 36,50 12,00 17,00 8,00 20,00 6, P8-60,87 1,73 14,60 16,25 6, P9-50, ,85 6,5 25, P10 60,56 7, ,28 6,5 2, B1-54, , ,8 - - B2-30,79-3,92 14, ,2 - B3-70, ,84-4,86-9, B4-33, ,82-22,18-19,20-10,9 B5-42, , , B6-20,67-14,61 17,94 8,23-38, BRIQUETES (OU PASTILHAS) Os briquetes (ou pastilhas) foram confeccionados numa prensa hidráulica manual Farex. Os briquetes (ou pastilhas) possuíram, aproximadamente,10 mm de diâmetro e altura entre 10-16mm. A pressão esteve entre 3-6tf/cm 2. 5

6 REDUÇÃO DE RESÍDUOS SIDERÚRGICOS Na redução de pelotas (e/ou briquetes), sob um fluxo de argônio, no estado sólido, utilizou-se de um forno, Lindberg/Blue, montado de tal maneira que o mesmo pôde ser deslocado na vertical. Após o levantamento do perfil térmico do reator, com temperatura na região central nominalmente igual a 1450 o C, foi possível reduzir aglomerados, de interesse, conforme os ciclos C 1 e C 2 mostrados nas Tabelas VIII e IX. Tabela VIII. Ciclo térmico C 1 Temp. ( o C) Tempo (min) Obs.: o procedimento experimental consistia em levar a pelota da temperatura ambiente até 690 o C, permanecendo nesta temperatura por três minutos; a seguir se levava à pelota a 1190 o C, e esperava-se até o quarto minuto; a seguir, a 1220 o C e esperava-se até o quinto minuto; e finalmente a 1260 o C, esperando-se até o décimo minuto. Tabela IX. Ciclo térmico C 2 Temp. ( o C) Tempo (min) Obs.: o procedimento experimental consistia em levar a pelota da temperatura ambiente até 700 o C, permanecendo nesta temperatura por três minutos, a seguir se levava à pelota a 800 o C e esperava-se até o quarto minuto e assim sucessivamente até 1350 o C, ou seja, o tempo total do ciclo foi sempre de 10 min. OBSERVAÇÕES MICROESTRUTURAIS E MICROANÁLISES Análises microestruturais foram realizadas via microscopia eletrônica de varredura; microanálises, quando necessárias, foram efetuadas pela análise por dispersão de energia (EDS). DIFRAÇÃO DE RAIOS-X Espectros de difração de raios-x foram gerados para a análise dos óxidos e/ou fase metálica presentes nas lamas utilizadas. DISCUSSÃO ANÁLISE DOS RESÍDUOS ANÁLISE QUÍMICA DAS LAMAS A presença dos compostos CaO, SiO 2, MgO, MnO, Al 2 O 3, nos finos oriundos das lamas de aciaria LOGFF e LOGFG, vide Tabela VI, corroboram o mecanismo de ejeção de partículas de escória quando da ejeção e explosão de gotas metálicas, pela geração de CO no 6

7 interior das mesmas, e pela geração de bolhas, do citado gás, no seio do banho metálico, quando do sopro de oxigênio no conversor. Quanto às lamas do alto forno, LAFFF e LAFFG, os altos teores de carbono e de hematita (vide a Tabelas VI) comprovam a geração de finos oriundos em função do carreamento de partículas geradas pelo processo de redução decorrente do fluxo ascendente de gases em contra corrente no interior do Alto Forno, das características das matérias primas, etc. Quanto ao teor de carbono da lama ETRAL o mesmo é devido ao óleo utilizado durante processo de laminação. OBSERVAÇÕES MICROESTRUTURAIS E MICROANÁLISES DOS FINOS ORIUNDOS DAS LAMAS Após as microánalises efetuadas, via EDS, sobre as lamas de aciaria, LOGFF e LOGFG concluiu-se que: a) os finos oriundos da LOGFF além de FeO contêm ferritas de cálcio, (Fe,Ca)O; b) os finos oriundos da LOGFG contêm, além de FeO, soluções sólidas (Ca, Mg,Fe,Si)O, (Ca, Si,Fe)O e (Fe,Ca)O. A LAMA DO ALTO FORNO FRAÇÃO FINA (LAFFF) Após as microánalises efetuadas, via EDS, sobre a lama do alto-forno, LAFFF concluiu-se que: a) os referidos finos são constituídos de hematita, o que foi confirmado via difração de raios-x ; b) são também constituídos de finos de coque, o que corrobora a análise química da Tabela VI; e c) os referidos finos possuem microrregiões com os elementos (em ordem decrescente) Fe, C (ou O) em conjunto com os elementos Na, Al, Si, S, Ca, Mn. A LAMA DO ALTO FORNO FRAÇÃO GROSSA (LAFFG) Após as microánalises efetuadas, via EDS, sobre a lama do alto-forno, LAFFG concluiu-se que: a) tais finos possuem microrregiões com os elementos (em ordem decrescente) Fe, O e/ou C e Al, Si, S, Na (ou Ca) e P; b) tais finos contêm hematita, o que foi confirmado via difração de raios-x ; c) tais finos contêm finos de coque, o que corrobora a análise química da Tabela VI. A LAMA DAS LAMINAÇÕES (ETRAL) Após as microánalises efetuadas, via EDS, sobre a lama da laminação ETRAL concluiu-se que: a) tais finos são constituídos de FeO (pois os elementos Fe e O foram claramente detectados o que foi confirmado via difração de raios-x; b) tais finos foram contaminados com óleo durante o processo de laminação, pois nos espectros, via EDS, o elemento C foi claramente detectado. RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DAS PELOTAS AUTO-REDUTORAS APÓS A ETAPA DE CURA (28 DIAS) A Tabela X mostra a resistência à compressão do diversos tipos de pelotas. A resistência de 300N/pelota da pelota P1 foi devido a utilização de 10% de cimento, por outro lado abaixo de 6,5% de cimento ( P3, P4 e P5) há uma queda na resistência à compressão da pelota. Tabela X. Resistência à compressão a frio das pelotas curadas por 28 dias (Newton/pelota) tipo P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 N/pel

8 PROCESSAMENTO TÉRMICO DAS PELOTAS AUTO-REDUTORAS Sob o ciclo térmico C1 (P1 a P6) e/ou sob o ciclo térmico C2 (P2 a P10) as pelotas auto-redutoras não apresentaram crepitação e/ou inchamento catastrófico. PROCESSAMENTO TÉRMICO DOS BRIQUETES (OU PASTILHAS) AUTO- REDUTORES Por serem as carepas inaptas para uma etapa de pelotamento, então, foram elaborados briquetes (ou pastilhas) auto-redutores contendo os referidos resíduos (B1 a B6). Os briquetes auto-redutores foram submetidos ao ciclo térmico C2. Os briquetes B1 e B3 a B6, contendo carepas do lingotamento contínuo (CMLC), após o ciclo C2, apresentaram-se desagregados, isto é, no cadinho de reação obtinha-se sempre uma massa de finos (magnéticos) e um botão metálico. As evidências experimentais pareceram indicar que houvera formação de alguma fase líquida no interior do aglomerado nos estágios finais do ciclo C2. Por outro lado, os briquetes B2, contendo as carepas da máquina de escarfagem automática (CMEA), após o ciclo C2, sempre se apresentaram fisicamente íntegros. FUSÃO-REDUÇÃO DE RESÍDUOS SIDERÚRGICOS FUSÃO-REDUÇÃO DE PELOTAS AUTO-REDUTORAS CONTENDO FINOS DAS LAMAS DA ACIARIA DA COSIPA Foram realizadas experiênc ias com o objetivo de verificar a viabilidade da reciclagem de pelotas auto-redutoras contento a fração fina dos pós oriundos da lama de aciaria (pelotas P6) diretamente por fusão-redução. A descrição resumida desta operação é: as pelotas autoredutoras eram adicionadas sobre um banho de ferro-carbono e ao fim das adições, o banho foi vazado em lingoteira de ferro fundido, obtendo-se massa metálica constituída de ferro com alto teor de carbono e escória. O rendimento metálico obtido foi em torno de 95%. As experiências mostraram, com segurança, a viabilidade de realização da reciclagem direta por fusão-redução das pelotas auto-redutoras contendo os resíduos em questão. FUSÃO-REDUÇÃO DE PELOTAS AUTO-REDUTORAS CONTENDO FINOS LAMAS DA ACIARIA E LAMINAÇÃO DA COSIPA DAS Foram realizadas experiências com o objetivo de verificar a viabilidade da reciclagem de pelotas auto-redutoras contento a fração fina dos pós oriundos da lama de aciaria e das laminações (pelotas P10) diretamente por fusão-redução. Cada experiência foi efetuada da seguinte maneira: em torno de 2800 g de ferro-gusa foi fundido em cadinho de grafita em forno de indução de 30kW de potência. Após fusão completa, estando o banho em torno de 1480 o C, começou-se adicionar as pelotas tipo P10 sobre a superfície do banho. Adicionavase em torno de 250g de pelotas de cada vez e aguardava-se a redução, fusão e incorporação do material ao banho antes de proceder nova adição. Utilizou-se sílica como fluxante, com objetivo de diminuir a temperatura liquidus da escória, pois a ganga da pelota possuía alta basicidade. Foram adicionados ao todo 1000g de pelotas e 50 g de sílica. Ao fim das adições, o banho foi vazado em lingoteira de ferro fundido, obtendo-se massa metálica constituída de ferro com alto teor de carbono e escória. O rendimento metálico obtido foi em torno de 96%. 8

9 As experiências mostraram a viabilidade de realização da reciclagem direta por fusão-redução das pelotas auto-redutoras contendo os resíduos em questão. POSSIBILIDADES PARA UTILIZAÇÃO INDUSTRIAL Os resultados técnicos, obtidos neste projeto, associados ao comportamento de aglomerados auto-redutores (pelotas e/ou briquetes) e pelotas calcinadas, contento finos oriundos das lamas de aciaria, de laminação, de alto-forno, carepas e finos de coque, indicam que tais aglomerados podem ser reaproveitados na aciaria: os aglomerados auto-redutores seriam carregados juntamente com a sucata no conversor vazio, pois antes e durante o vazamento do gusa tais aglomerados seriam reduzidos e o ferro assim obtido incorporado ao banho; por outro lado, as pelotas calcinadas seriam adicionadas durante a etapa de sopro. Desta maneira, as principais vantagens desta variante tecnológica seriam: re-aproveitamento desses resíduos finos e críticos nas usinas siderúrgicas; os resíduos contendo teores de zinco também podem ser usados; é um processo simples e versátil; valoriza o ferro contido numa matéria prima de custo negativo para o de aço líquido e evita a utilização forçada e indesejável desses finos na sinterização. CONSIDERAÇÕES ECONÔMICAS Tendo em vista os resultados técnicos obtidos, isto é, aglomerados auto-redutores com bom comportamento a frio e a quente, inclusive com excelentes resultados de recuperação de ferro contido nos ensaios de fusão-redução, foram feitas também algumas análises, sob ponto de vista econômico, quando da adição desses aglomerados na carga inicial dos conversores, para substituição da carga de sucata. A alternativa de substituição de sucata na carga inicial dos conversores foi escolhida entre outras pelas seguintes razões: 1. A velocidade de recuperação de ferro das pelotas auto-redutoras é alta quando submetidas a altas temperaturas. Estimou-se que a redução já começa a ocorrer quando da adição no conversor quente e praticamente ocorre toda a redução durante o tempo de vazamento de gusa no conversor. Isto daria uma excelente redução e incorporação de ferro no banho antes do início do sopro. 2. As pelotas contêm um teor elevado de ferro, inclusive contendo ferro na forma metálica. 3. O rendimento de incorporação no banho, em ensaios de laboratório, indicou ser da ordem de 95%. 4. Uma análise dos possíveis efeitos nocivos de elementos residuais, principalmente do enxofre, contidos nos resíduos mostrou que é compatível com a operação. 5. Praticamente não há alteração nos balanços térmicos e de escória do conversor, se adicionado até 2 a 3% da carga. 6. A reciclagem via aciaria significa estar reciclando na operação mais próxima da fabricação do produto final. Por exemplo na reciclagem via processo de sinterização, é onerada pelos custos de seguintes processamentos antes de chegar à aciaria: sinterização e redução no Alto Forno para produção de gusa. 7. A sucata de aço é um dos componentes da carga de alto valor unitário. As tabelas XI e XII mostram os contornos utilizados para a estimativa do benefício desta substituição. Por ser uma estimativa preliminar não foram computados todos os benefícios e todos os custos, porém permite verificar claramente, ainda que com hipóteses 9

10 conservadoras, que a reciclagem dos resíduos siderúrgicos de usinas integradas por meio de aglomeração auto-redutora na carga inicial do conversor é economicamente viável. O retorno líquido dessa substituição, após remuneração do capital, é da ordem de US$ 10 a US$ 20/ tonelada de resíduo reciclado. UMA ESTIMATIVA ECONOMICA DA SUBSTITUIÇÃO DE SUCATA EM ACIARIA POR RESÍDUOS CONTENDO FERRO. Benefícios = + Custo do resíduo (correspondente ao que custaria para aterro (US$/t) + teor médio de Fe total no aglomeradoxcusto sucata (US$/t)+ benefícios pela melhoria na sinterização). Custos = + Custo de capital (roi=10%, 20 anos) + Custo aglomerante (US$/t) + custo de processamento para aglomeração Tabela XI. Dados estimativos utilizados para simulação Preço de sucata US$ 50/t Resíduos US$ 20/t Ref. ao custo de aterro Capac. Aglomeração t/ano Cativa Investim. Unitário US$ 50/t.ano É função da escala Custo do aglomerante US$ 70/t Custos oper.(pessoal, utilidades, transporte, etc) p/ secagem, mistura, aglomeração US$ 1.2 milhões/ano Tabela XII..Estimativa de benefícios e custos (US$/ t aglomerado) COEF. TÉCNICO US$/t US$/t Obs. aglomerado BENEFICIOS Custo resíduo 0,2 t.resíduo 20, % resíduo aproveitado é atualmente destinado a aterro Sucata (substituída) 0,6t/taglomerado 50,00 30 Teor médio de Fe no aglomerado T o t a l 34 CUSTOS Capital r.o.i=10% aa e vida útil de 20 anos (5 milhões) AGLOMERANTE 0,065 t.aglomerado Outros custos de aglomeração 5,9 Taxa efetiva de 10% aa, sem valor residual apos 20 anos 70,00 4,6 6,5% de aglomerante 1,2milhões/ano operadores +utilidades + overhead etc. T o t a l 22,5 BENEFICIOS (-)-CUSTOS 11,5 10

11 CONCLUSÕES 1. São tecnicamente e economicamente viáveis de reciclar resíduos siderúrgicos contendo ferro, em usinas integradas, aglomerando-os na forma de aglomerados autoredutores e recuperando o teor de ferro contido, na aciaria. Os aglomerados seriam carregados em substituição parcial de sucata pela equivalência do ferro, como carga inicial do conversor. 2. O retorno econômico é da ordem de US$ 10 a US$ 20 por tonelada de resíduo reciclado. Conclusões técnicas. 1) A presença dos compostos CaO, SiO 2, MgO, MnO, Al 2 O 3, nos finos oriundos das lamas de aciaria LOGFF e LOGFG corroboram o mecanismo de ejeção de partículas de escória quando da ejeção e explosão de gotas metálicas, pela geração de CO no interior das mesmas, e pela geração de bolhas, do citado gás, no seio do banho metálico, quando do sopro de oxigênio no conversor. Quanto às lamas do alto forno, LAFFF e LAFFG, o alto teor de carbono (do coque) e de hematita comprovam o arraste dos respectivos finos pelos gases em contra corrente no interior do Alto Forno. Quanto ao teor de carbono da lama ETRAL o mesmo é devido ao óleo utilizado durante processo de laminação 2) Das observações microestruturais e das microanálises (via EDS) efetuadas com os finos oriundos das lamas de aciaria (LOGFF e LOGFG) concluiu-se que: a) os finos oriundos da LOGFF, além de FeO, contém ferritas de cálcio, (Fe,Ca)O; b) os finos oriundos da LOGFG contêm FeO e soluções sólidas (Ca, Mg,Fe,Si)O, (Ca, Si,Fe)O e (Fe,Ca)O. 3) Das observações microestruturais e das microanálises (via EDS) efetuadas com os finos oriundos da lama LAFFF conclui-se que : a) os referidos finos contém hematita e finos de coque.; e b) os referidos finos possuem microrregiões com os elementos (em ordem decrescente) Fe, C (ou O) em conjunto com os elementos Na, Al, Si, S, Ca, Mn. 4) Das observações microestruturais e das microanálises (via EDS) efetuadas com os finos oriundos da lama LAFFG concluiu-se que : a) tais finos possuem microrregiões com os elementos (em ordem decrescente) Fe, O e/ou C e Al, Si, S, Na (ou Ca) e P; b) tais finos contêm hematita e finos de coque. 5) Das observações microestruturais e das microanálises (via EDS) efetuadas com os finos oriundos da lama ETRAL concluiu-se que : tais finos são constituídos de FeO, e foram contaminados com óleo durante o processo de laminação, pois nos espectros, via EDS, o elemento C foi claramente detectado. 6) Nas condições experimentais analisadas, as pelotas auto-redutoras, constituídas de finos oriundos das lamas de aciaria, alto-forno e das laminações, não apresentam crepitação e/ou inchamento catastrófico quando processadas térmicamente. 7) Os briquetes auto-redutores contendo carepas do lingotamento contínuo (CMLC) desagregam-se durante o processamento térmico, isto é, sempre se obteve uma massa de finos (magnéticos) e um botão metálico. As evidências experimentais pareceram 11

12 indicar que há formação de alguma fase líquida no interior do aglomerado nos estágios finais do ciclo C2. 8) Os briquetes, contendo carepas da máquina de escarfagem automática (CMEA), apresentam-se fisicamente íntegros após processamento térmico. 9) A fusão-redução de pelotas auto-redutoras, contento finos oriundos das lamas de aciaria, mostrou a viabilidade técnica da reciclagem de tais resíduos via à mencionada tecnologia, pois: obteve-se após processamento uma massa metálica constituída de ferro com alto teor de carbono (um gusa) e escória, e o rendimento metálico obtido foi em torno de 95%. 10) As experiências de fusão-redução de pelotas calcinadas, contendo finos oriundos das lamas da aciaria, alto-forno e laminações, demonstraram que a reação de redução pelo carbono contido no banho é extremamente rápida em altas temperaturas (1550 o C). Desta maneira, tais pelotas poderiam ser adicionadas durante a etapa de sopro no conversor. 11) As experiências de fusão-redução de pelotas auto-redutoras, contento finos oriundos das lamas de aciaria e das laminações, demonstraram a viabilidade técnica da reciclagem de tais resíduos via à mencionada tecnologia, pois: obteve-se após processamento uma massa metálica constituída de ferro com alto teor de carbono (um gusa) e escória, e o rendimento metálico obtido foi em torno de 96%. 12) Os resultados técnicos, obtidos neste projeto, associados ao comportamento de aglomerados auto-redutores (pelotas e/ou briquetes) e pelotas calcinadas, contento finos oriundos das lamas de aciaria, de laminação, de alto-forno, carepas e finos de coque, indicam que tais aglomerados podem ser reaproveitados na aciaria: os aglomerados auto-redutores seriam carregados juntamente com a sucata no conversor vazio, pois antes e durante o vazamento do gusa tais aglomerados seriam reduzidos e o ferro assim obtido incorporado ao banho; por outro lado, as pelotas calcinadas seriam adicionadas durante a etapa de sopro. REFERÊNCIAS: (1) Estimado a partir de: Informativo Estatístico Setor Metalúrgico M.M.E.- Secretaria de Minas e Metalurgia Jan 2000, no. 61 (2) M. P. Landow. J. F. Torok, T. P. Barnett, J. F. Crum, and J.Nelesen, Jr. An Overview of Steel Mill Waste Oxide Recycling by Cold Bonded Roll Briquetting. ICSTI/Ironmaking Conference, ISS, 1998, pp (3) P. Tardy, J. Mezei Situation and Tasks of Waste Treatment in the Hungarian Steel Industry Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology REWAS 99, TMS, 1999, vol. II, pp (4) The Iron and Steel Industry in Brazil General Information- Instituto Brasileiro de Siderurgia, Data up to (5) The Management Steel Industry By-Product and Wastes (6). MANTOVANI, M.C.; TAKANO, C. Recycling of Electric Arc Furnace Dust by Self- Reducing Process. In: 2 nd. International Congress on Science and Technology of Ironmaking. V. 57. Iron & Steel Society (USA). Toronto, Canada, 21/25 março 1998, p

13 (7). MANTOVANI, M.C.; TAKANO, C; CAVALLANTE, F.L.. Caracterização de três tipos de poeiras geradas em fornos elétricos a arco. In. 53o Congresso Annual da ABM.. ABM. Belo Horizonte, 13/17 setembro 1998.CD-ROM, 16 páginas. (8). MANTOVANI, M.C.; TAKANO, C. Some notes on electric arc furnace dust. In. Acta Microsocopica. Vol. 7. Supplement A. Oct 1998, p (9). NASCIMENTO, R.C.; SILVA, G.F.B.L.; CAPOCCHI, J.D.T.; TAKANO, C.; MOURÃO, M.B. Caraterização de resíduos sólidos de aciaria a oxigênio visando reciclagem por auto-redução. In. XXIX Seminário de Redução de Minério de Ferro. ABM., Belo Horizonte 30/11 a 2/12/98, p (10). Nascimento, R.C.; Mantovani, M.C., Takano, C.; Mourão, M.B.; Capocchi, J.D.T. - Catastrophic Swelling of Self-Reducing Pellets in Recycling of Solid Residues of Steelmaking Plants. - Proc. of Global Symposium on Recycling, Wastes Treatment and Clean Technology REWAS'99. San Sebastian, Spain, September 5-9,1999. (11).Mourão, M.B.; Nascimento, R.C.; Silva, G.F.B.L.;Mantovani, M.C., Capocchi, J.D.T.; Takano, C.- Behavior of Oxygen and Electric Steelmaking Dusts aiming Recycling in the form of Composite Pellets. - Proc. of Global Symposium on Recycling, Wastes Treatment and Clean Technology REWAS'99. San Sebastian, Spain, September 5-9,1999. (12).Nascimento, R.C.; Takano, C.; ; Capocchi, J.D.T.;Mourão, M.B. - Elaboração de Ferro-Esponja via Pelotas Auto-Redutoras a Carvão do Capim. Anais do 54o Congresso Anual da ABM. São Paulo, S.P de julho de (13).Mantovani, M.C. ; Takano, C. Estudo sobre o Comportamento de Pelotas Auto- Redutoras Compostas por Poeiras Geradas em Fornos Elétricos a Arco.Anais do 54o Congresso Anual da ABM. São Paulo, S.P de julho de 1999, p (14).MANTOVANI, M.C., TAKANO. The Strength and the High Temperature Behaviors of Self-Reducing Pellets Containing EAF Dust. ISIJ International, 2000, v. 40, no.3, p (15). Mantovani, C.; Takano,C.; Cavallante, F.L. Poeira de aciairia elétrica: caracterização e reciclagem por auto-redução. Anais do Seminário de Meio Ambiente.São Paulo S.P., 1999: Associação Brasileira de Mewtalurgia e Materiais p (16).Mantovani, C.; Takano,C.; Cavallante, F.L; Mourão, M.B. Electric Arc Furnace Dust Characterization and Recycling by Self-Reducing Pellets. Proc. Japan-Brazil Symposium on Dust Processing-Energy-Environment in Metallurgical Industries. São Paulo, São Paulo: USP p (17).Mourão, M.B.; Nascimento, R.C.; Silva, G.F.B.L.; Capocchi, J.D.T.; Takano, C.- Recycling of Sludges from Converter in the form of Composite Pellets. Proc. Japan- Brazil Symposium on Dust Processing-Energy-Environment in Metallurgical Industries. São Paulo, São Paulo: USP p