ESTUDO DE CASO DE MELHORIAS IMPLANTADAS NA AREA DE LAVAGEM DE GASES DAS FÁBRICAS DE ÁCIDO

Transcrição

1 ESTUDO DE CASO DE MELHORIAS IMPLANTADAS NA AREA DE LAVAGEM DE GASES DAS FÁBRICAS DE ÁCIDO

2 AGA Brazil Empregados Contratados Produção Ouro: 15t/yr Investimentos : R$ 333Mi

3 UNIDADES DE NEGÓCIO GO MG Serra Grande (Crixás) Cuiabá-Lamego (Sabará) Córrego do Sítio (St Bárbara)

4 Overview CUIABÁ-LAMEGO Cuiabá U/G LoM: 2035 Acesso: shaft / rampas Lamego U/G LoM: 2025 Acesso: rampas Processamento Planta Cuiabá Capacidade (minério): 1,850 k tpy Metalurgia Planta Queiroz Capacidade (concentrado): 297 k tpy Ácido Sulfúrico: 256 k tpy

5 VISÃO GERAL PLANTA QUEIROZ

6 FLUXOGRAMA PLANTA QUEIROZ TELEFERICO REPOLPAGEM USTULAÇÃO PLANTAS ACIDO ESTOCAGEM ACIDO TRATAMENTO EFLUENTES ESPESSAMENTO E FILTRAGEM LIXIVIAÇÃO ESPESSAMENTO PRECIPITAÇÃO ZINCO ELUIÇÃO CIP FUNDIÇÃO BARRAGEM CALCINADO

7 Ustulação e Plantas de Ácido Sulfúrico Planta Queiroz Ustulação. (02 Ustuladores) Planta de Ácido. (02 Plantas de Ácido Sulfurico, armazenamento e carregamento de Ácido) CAPACIDADE 297 KTPY Concentrado (32% Sulphur) 256 KTPY Ácido Sulfúrico Planta de Lixiviação, CIP and Eluição Processo Marril Crowe Estação de Tratamento de Agua Estoque e preparação de reagentes Barragens

8 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA No processo de tratamento de pirita (FeS2), o mineral-minério de ouro refratário é calcinado para liberação do ouro e posterior ataque pelo cianeto para solubilização do metal de interesse. Como esse processo leva à liberação de dióxido de enxofre (SO2), o processo de calcinação é uma interessante alternativa à produção de ácido sulfúrico, uma vez disponível o concentrado de pirita. É essa alternativa então que foi adotada na concepção do projeto da Planta Queiroz, a qual lança mão de um reator conhecido como ustulador, para execução do processo de calcinação.

9 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA O ustulador se trata de um reator de leito fluidizado e despoeiramento de gás quente, seguido da limpeza a úmido a qual é objeto de análise deste trabalho. O resultado dessa etapa é que segue então para a planta de ácido sulfúrico.

10 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA As gotas têm a finalidade de aumentar a área de contato líquido-gás a fim de se favorecer o abatimento do particulado.

11 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA Por ser a primeira etapa após a passagem do gás sujo pelo ciclone o venturi promove a limpeza, mas também resfriamento do gás que entra no mesmo a cerca de 650 C e sai após a torre umidificadora a menos de 90 C. Após a passagem pela torre umidificadora o gás segue então por um segundo venturi e pela torre de lavagem,nesta ele encontra um recheio de pall rings e também água em contracorrente. Ao sair desta segunda etapa o gás deverá se encontrar em temperaturas inferiores a 35 C. O fluxo de lavagem de gases é concluído pela passagem através de dois precipitadores eletrostáticos úmidos.

12 APRESENTAÇÃO DO SISTEMA Após a passagem por esse sistema o gás rico em SO2 e limpo segue então para a fábrica de ácido, mais especificamente para a torre de secagem, para seguir o fluxo de produção do ácido sulfúrico

13 ESTUDO DE CASO Em decorrência de elevações de perda de carga no mesh pad, assim como nos leitos do catalisador foi iniciada uma análise interna para avaliação das prováveis causas e proposição de soluções ou até mesmo melhorias no sistema que contribuíssem para esse tipo de ocorrência e também para a qualidade do produto final. Durante as análises, identificou-se então que ineficiências na lavagem contribuíram para os eventos analisados. Para compreensão então das melhorias a serem implementadas a primeira análise que se desenvolveu foi a análise da faixa granulométrica do particulado passante pelo processo de ciclonagem. Nesta identificou-se, que 100% do material do overflow do ciclone é passante em uma malha de 400#, ou seja, menor do que 37 μm. Para esta faixa granulométrica do overflow, fez-se necessário reavaliar as condições de projeto da lavagem de gás, redefinindo alguns parâmetros. Especialmente nesse estudo de caso, a deficiência do sistema de lavagem de gás do costado da torre umidificadora se devia a utilização de bicos spray de alta vazão e baixa perda de carga, condição esta que privilegia a produção de gotas de diâmetros médios superiores a 5000μm. Dessa forma, dado o diâmetro médio do particulado contido no gás vindo do ustulador, inferior a 37μm, o padrão de gota produzido não era o recomendado para essa aplicação.

14 ESTUDO DE CASO O processo de captura de pó é eficiente quando há colisão da gota com o particulado. Se o diâmetro da gota é maior do que o da partícula de pó, esta seguirá a corrente de ar em deslocamento em volta da gota, escapando da rota de colisão. Ao contrário, se o diâmetro da gota e o diâmetro da partícula forem compatíveis, o distúrbio da corrente de ar em volta de uma gota pequena é menor e mesmo que a partícula de poeira siga a corrente de ar, ainda assim colidirá com a gota. A figura a seguir representa esquematicamente a situação supracitada.

15 ESTUDO DE CASO O projeto original das torres de lavagem de gás pós-ustulador prescrevia a utilização de bicos spray padrão cone cheio, com ângulo de abertura de pulverização de 95, vazão de 256 L/min e perda de carga de 0,5 bar. Ao total, somavam-se 24 bicos, distribuído em 4 anéis de 6 bicos cada, totalizando aproximadamente 370 m³/h. Essas condições de operação, quando simuladas em condições de laboratório, demonstram que o bico cone cheio de alta vazão produzirá um tamanho de gota de diâmetro médio de 5000μm a 8000μm, ou seja, gotas no mínimo 30 vezes maiores que o tamanho da partícula suspensa no gás. Diante da condição de incompatibilidade de tamanhos de gotas e partículas, a Spraying Systems, fornecedora de bicos spray e especialista em pulverização industrial, desenvolveu um novo conceito de bicos cone cheio para a substituição do modelo recomendado pelo projeto da torre. Priorizando a manutenção das condições do sistema hidráulico já existente e as vazões definidas pelo processo, os 24 bicos do costado foram substituídos por um conjunto de bicos, agrupados em um dispositivo cabeçote, sendo 24 cabeçotes, cada um com 4 bicos de média vazão (inferior a 100 L/min) e média perda de carga (acima de 1 bar para o bico em avaliação).

16 ESTUDO DE CASO Comparativo construtivo do bico original do projeto e o novo modelo

17 ESTUDO DE CASO Dessa forma, a vazão total foi distribuída em 24 cabeçotes, somando 96 bicos. O padrão de pulverização em cone cheio se manteve, mas o cabeçote possibilitou a criação de maior área de cobertura, estimando ângulo de abertura de jato de 150 em cada cabeçote. O benefício de lavagem de gás pode ainda ser estimado no ganho de área superficial de troca. A vazão de 370 m3/h distribuído em gotas de 1500μm tem área 4,7 vezes maior que em gotas de 8000μm e o número de gotas produzidas é também 134 vezes maior.

18 ESTUDO DE CASO

19 ESTUDO DE CASO Outro problema enfrentado nos bicos de lavagem de gases era a queima dos sprays, principalmente no venturi da torre umidificadora, por ser este o primeiro a entrar em contato com o gás que sai do ustulador a cerca de 650 C. Diante disso o que foi proposto foi a utilização então de bicos em aço inox. Apesar do maior peso, os testes de campo mostraram que não houve comprometimento das inspeções, até mesmo por trabalho com foco em ergonomia na utilização de lanças roscadas que será descrito mais à frente. Abaixo se apresenta um bico queimado pela ação do gás e os novos modelos em aço inox, para mesmo em razão das altas temperaturas não haver comprometimento da limpeza

20 O ESTUDO DE CASO Outro importante passo para manutenção dos resultados das melhorias é a execução de inspeções constantes nos bicos spray como forma de avaliar, situações críticas. Visando facilitar este processo para a manutenção e operação foi também feita melhoria com foco em ergonomia utilizando-se então lanças roscadas que por sua vez eliminam a necessidade de desmontagem de flanges parafusados e reduzem a exposição dos trabalhadores a riscos como prensamento de membros.

21 ESTUDO DE CASO Foram também definidas cores para cada uma das lanças e feito documento padrão com os códigos SAP da posição e localização de cada uma delas no circuito de lavagem. Essa ação seguiu a metodologia japonesa poke yoke ou fail proof, cuja intenção é evitar montagens erradas, ou utilização de lanças inapropriadas ao longo do circuito de lavagem de gases. São os ciclos PDCA e SDCA em constante movimento para assegurar a gestão da rotina nas plantas sem desvios ou interferências de processo.

22 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Os resultados obtidos com as melhorias podem ser resumidos em dois grupos: Redução de problemas operacionais, como aumento na perda de carga do conversor e eliminador de névoa (mesh pad) e desbalanceamento do rotor do soprador de SO2 em função de impregnação de material passante pela lavagem nos mesmos Melhorias na qualidade do produto final, como redução no teor de ferro do ácido e clareamento do produto final quando comparado com sua condição antes das intervenções.

23 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Os resultados obtidos com as melhorias podem ser resumidos em dois grupos: Redução de problemas operacionais, como aumento na perda de carga do conversor e eliminador de névoa (mesh pad) e desbalanceamento do rotor do soprador de SO2 em função de impregnação de material passante pela lavagem nos mesmos Melhorias na qualidade do produto final, como redução no teor de ferro do ácido e clareamento do produto final quando comparado com sua condição antes das intervenções. Em números, as paradas em função de desbalanceamento do soprador, representaram no ano de 2016, antes das modificações, 20 horas de manutenção, enquanto aquelas por aumento de perda de carga no conversor, totalizaram 72 horas.

24 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

25 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Evolução do Fe solúvel com o tempo após as intervenções

26 CONCLUSÃO Apesar de muitas vezes não ser o foco das análises, a lavagem de gases apresenta papel fundamental na qualidade do ácido, assim como na estabilidade da fábrica de ácido que tenha como fonte de gás o processo de calcinação do minério. Ganhos nessa região do processo podem então impactar e gerar resultados positivos não só no produto final, como redução de teor de ferro e coloração do ácido, mas também em ocorrências de manutenção, as quais muitas vezes têm como causa fundamental os equipamentos daquela etapa. Diante disso evidenciou-se que a atuação na redução do diâmetro da gota pode ser um dos aspectos que favoreça a captura de particulados presentes nos gases. Da mesma forma, atuar no material dos bicos e facilidade de inspeção/manutenção, pode manter os ganhos e contribuir para a perenidade dos resultados. Para que traga um resultado efetivo, porém se faz importante que esse trabalho seja feito a várias mãos, por meio de sinergia entre detentores de conhecimento do processo de produção de ácido e uma equipe especialista em engenharia de pulverização a fim de se obter uma visão multidisciplinar acerca de um problema crítico para esse tipo de instalação de produção de ácido sulfúrico.

27 OBRIGADO