Otimizando a Gestão de Resíduos Sólidos em Usinas Siderúrgicas: Recuperação Sustentável e Benefícios Econômicos

Gestão de Resíduos Sólidos em uma Usina Siderúrgica

A indústria siderúrgica em geral produz grandes quantidades de resíduos sólidos enquanto processa materiais através de seus vários processos. Estes resíduos sólidos têm muitos produtos valiosos, que podem ser reutilizados se recuperados economicamente. A indústria siderúrgica em todo o mundo já adotou uma série de medidas inovadoras e continua a adotar mais para 100% de utilização destes resíduos com o objetivo final de melhorar a eficiência operacional e a economia da indústria siderúrgica. Estas medidas não apenas reduzem o custo de disposição de resíduos e poluição ambiental, mas também fornecem quantidades substanciais de minério de ferro e materiais de fluxo, bem como benefícios de taxa de combustível para o processo existente, conservando assim quantidades correspondentes de matérias-primas.

A indústria siderúrgica é intensiva em capital e energia e seus volumes de produção são muito altos. Cadeias de processo dentro da indústria são longas. Muitas tecnologias diferentes são aplicadas e a indústria tem um impacto significativo no meio ambiente. Uma das principais preocupações da indústria siderúrgica mundial é a disposição de resíduos gerados em vários estágios de processamento. Devido ao impulso natural para ser custo-efetivo, há uma tendência crescente de adoção de tecnologias de recuperação de resíduos que convertem resíduos em riqueza, tratando assim os resíduos como subprodutos. Isso levou ao objetivo de desenvolvimento de tecnologias de zero-resíduos. As tecnologias desenvolvidas para converter economicamente resíduos de usinas siderúrgicas em riqueza também proporcionam novas oportunidades de negócios para empreendedores em potencial.

Princípios dos 3 Rs na Indústria Siderúrgica

Conforme a Associação Mundial do Aço (WSA), a indústria siderúrgica mundial aplica os princípios de redução, reuso e reciclagem (3 'R's) de muitas maneiras, a fim de melhorar a sustentabilidade da indústria. Devido a isso, a indústria reduziu drasticamente a necessidade de matérias-primas. Na década de 1970 e 1980, usinas siderúrgicas modernas precisavam de uma média de 1,44 toneladas de matérias-primas para produzir 1 tonelada de aço. Com investimentos em pesquisa, melhorias tecnológicas e bom planejamento, a indústria siderúrgica hoje usa apenas 1,15 tonelada de insumos para fazer 1 tonelada de aço, o que significa uma redução de 21%.

Atualmente, existe muita sobreposição nas interpretações das palavras 'resíduos sólidos' e 'subprodutos'. De fato, alguns resíduos sólidos na indústria siderúrgica são subprodutos essenciais gerados durante vários processamentos dos materiais nos processos envolvidos na produção de ferro e aço. Por exemplo, até a última década, a escória, poeira e lodo gerados pela indústria siderúrgica eram chamados de resíduos sólidos, mas agora este termo foi substituído por subproduto para estes materiais de resíduo. Devido à reutilização intensiva dos resíduos, alguns dos resíduos sólidos são agora cada vez mais referidos como 'subprodutos'.

Conforme a WSA, coprodutos recuperados (um termo usado indistintamente com subprodutos), podem ser reciclados durante o processo de fabricação de aço ou vendidos para uso por outras indústrias. O uso de coprodutos apoia a sustentabilidade da indústria siderúrgica. Previne resíduos em aterros, reduz emissões de CO2 e ajuda a preservar recursos naturais. A venda de coprodutos também é economicamente sustentável. Gera receitas para produtores de aço e forma a base de uma indústria mundial lucrativa. Alguns produtores de aço relatam uma taxa de utilização e reciclagem de coprodutos tão alta quanto 99%. Os principais coprodutos da produção de ferro e aço bruto são escórias, poeiras, sucatas e lodos.

A disposição de resíduos sólidos gerados dos processos da indústria siderúrgica é a principal preocupação. Portanto, a filosofia Reduzir, Reusar e Reciclar (3 Rs) e gestão eficiente de resíduos precisam ser adotadas pela indústria siderúrgica.

Principais Resíduos Sólidos/Co-produtos/Subprodutos por Processo

Coqueria

Os principais resíduos sólidos gerados na produção de coque metalúrgico são poeira de carvão, poeira de coque, lodo de alcatrão e lodo ácido. A poeira de carvão é reciclada de volta através da mistura de carvão. A poeira de carvão também pode ser reciclada junto com a poeira de coque adicionando-as na mistura de carga de sinter. O lodo de alcatrão é adicionado à mistura de carvão para melhorar sua densidade. O lodo ácido precisa ser neutralizado antes de sua disposição.

Sinterização

Resíduos sólidos gerados na sinterização são poeiras e lodos. Poeiras são geradas nos pisos da máquina de sinter, ciclones e precipitadores eletrostáticos (PE). Lodo é gerado no clarificador da estação de tratamento de água. Estas poeiras e lodos são ricos em ferro (Fe) e contêm boa quantidade de cal (CaO), magnésia (MgO) e carbono (C). Estes materiais são muito bons para reciclagem de volta na sinterização. Estes materiais são misturados com finos de minério de ferro ou briquetados para reciclagem.

Planta de Pelotização

Os principais resíduos sólidos gerados na planta de pelotização são poeiras e pelotas verdes subdimensionadas. Ambos são reciclados de volta no material de alimentação da pelotização.

Alto-Forno - Fabricação de Ferro

Resíduos sólidos gerados durante o processo de fabricação de ferro em alto-forno (AF) são poeiras, peneiramentos de carga no silo, entupimento de canal de vazamento, muque de canal de vazamento, escória de alto-forno, poeira de chaminé, poeira ou lodo de limpeza de gás (GCP), resíduo refratário e crânio de cadinho de ferro gusa (FG).

• Poeiras e peneiramentos de carga são reciclados de volta na sinterização.
• Entupimentos de canal de vazamento são vendidos como sucata de ferro para refusão ou reciclados na aciaria.
• Mucue de canal de vazamento é depositado como material de aterro.
• A maior parte da escória líquida de AF é granulada e vendida a fabricantes de cimento para fabricação de cimento de escória de AF. Uma pequena quantidade de escória de AF é resfriada a ar. A escória de AF resfriada a ar é depositada como aterro ou usada em reparos de estradas dentro da usina. Em qualquer caso, a contaminação de ferro da escória é separada e vendida para refusão.
• Poeira de chaminé e poeira seca de GCP (no caso de limpeza de gás a seco) são recicladas na sinterização. Lodo úmido de GCP (no caso de limpeza de gás úmido) do clarificador é seco e misturado com finos de minério de ferro no pátio de matéria-prima ou briquetado e reciclado na sinterização.
• Resíduo refratário da oficina de reparo de cadinho é vendido e usado pelo fabricante de refratários na fabricação de argamassas. Crânio de cadinho de FG é quebrado por queda de peso ou por lança e o crânio quebrado é vendido como sucata de ferro ou usado na aciaria.

Fabricação de Ferro por Redução Direta

Durante o processo de fabricação de ferro por redução direta, os principais resíduos sólidos são carvão vegetal (no caso de plantas usando tecnologia baseada em carvão), poeiras (tanto de carvão quanto de ferro), DRI (ferro reduzido direto) subdimensionado e rejeitos de DRI. O carvão vegetal é usado em usina termelétrica própria como combustível para caldeira. Poeiras de carvão e ferro são usadas nas plantas de sinter. Poeira de carvão também pode ser usada na caldeira. Poeira de ferro também pode ser vendida a fabricantes de cimento. DRI subdimensionado é briquetado e usado junto com DRI na aciaria. Rejeitos de DRI são reciclados de volta no processo.

Lingotamento de Gusa

Durante o lingotamento de gusa de ferro gusa, materiais de resíduo como entupimento de placa, entupimento de canal e lodo de cal são gerados. Entupimento de placa e de canal são vendidos como sucata de ferro após processamento. Lodo de cal é usado para fins de neutralização.

Fabricação de Aço por Oxigênio Básico (BOF)

Os principais materiais de resíduo na fabricação de aço BOF são escória de conversor, sucata, refratários de resíduo, muque de conversor e lodo de limpeza de gás (GCP). Exceto lodo de GCP, todos os outros materiais de resíduo são geralmente gerados em condição mista, o que significa que durante a geração um material de resíduo fica contaminado com outro material de resíduo. Portanto, a triagem é um passo muito importante para reciclagem dos materiais de resíduo na fabricação de aço.

• Lodo úmido de GCP do clarificador é seco e misturado com finos de minério de ferro no pátio de matéria-prima ou briquetado e reciclado na sinterização.
• Escória de conversor após remoção de sucata é reciclada na mistura de sinter como substituto de calcário. Escória de conversor também é usada em reparos de estradas, para lastro de trilhos ferroviários e como condicionador de solo.
• Sucata removida da escória de conversor bem como do muque é reciclada de volta no conversor para fins de resfriamento. Sucata de aço também é gerada quando há vazamento de cadinho ou vazamento de conversor, embora este fenômeno seja muito raro.
• Do muque de conversor, sucata e resíduos refratários são removidos e o saldo é usado para aterro.
• Resíduos refratários são geralmente de dois tipos. Primeiro tipo vem do revestimento usado do conversor e consiste principalmente de refratários magnésio-carbono. A maioria destes refratários que não estão contaminados são usados no conversor para remendo de fundo. Segundo tipo é resíduo refratário de cadinho. Se estes resíduos são básicos, são tratados similarmente aos resíduos refratários do conversor. Caso sejam de alumina, o resíduo refratário é usado para fabricação de argamassa.

Fabricação de Aço Elétrico

Principal material de resíduo na fabricação de aço elétrico é poeira de GCP de forno a arco elétrico (FAE), escória, sucata e refratários de resíduo. Refratários de resíduo magnésia-carbono são usados como condicionador de escória no FAE.

Escória de Forno a Arco Elétrico (FAE) devido à sua alta cristalinidade e alto teor de ferro não tem atualmente método bem estabelecido para reciclagem potencial. O índice de basicidade (IB) da escória é geralmente entre 1,2-1,8, o que se enquadra no grupo de baixa hidraulicidade Merwinita. Também o Índice de Moabilidade, que é uma medida da energia necessária para moer um material particular a um tamanho dado, é alto devido ao alto teor de óxido de ferro. Isso torna a moagem e processamento adicional de escória de FAE intensivos em energia. A escória tem sido usada como agregado eficaz para construção de estradas. Ladrilhos cerâmicos vitrificados também foram desenvolvidos a partir da escória de FAE.

Lingotamento Contínuo

Principais materiais de resíduo gerados no processo de lingotamento contínuo são carepa de lingotamento contínuo, resíduo refratário, sucata, escória e muque. Aqui também os materiais de resíduo são gerados em condição mista e a triagem é necessária como primeiro passo para separar diferentes tipos de resíduos.

• Carepa de lingotamento contínuo é reciclada na planta de sinter.
• Sucata é reciclada na fabricação de aço.
• Outros materiais de resíduo são usados como aterro.

Tremes de Laminação

Principais materiais de resíduo sólido gerados em tremes de laminação são carepa de laminação, resíduo refratário de forno de reaquecimento e sucata.

• Carepa de laminação é reciclada na planta de sinter.
• Sucata é reciclada na aciaria.
• Resíduo refratário dependendo da condição vai para fabricação de argamassa ou é depositado.

Calcinação de Cal

Resíduos sólidos gerados na planta de calcinação são peneiramentos de calcário e dolomita, poeira de cal e finos de cal. Poeira de cal e finos de cal são briquetados e reciclados seja na planta de sinter ou na aciaria. Peneiramentos de calcário e dolomita são reciclados na planta de sinter.

Usina Termelétrica

Principais resíduos sólidos gerados na usina são cinzas volantes e cinzas de fundo. Cinzas volantes são utilizadas na produção de cimento. Em algumas plantas, as cinzas são enviadas para o tanque de cinzas. Cinzas recuperadas do tanque de cinzas são utilizadas no aumento da altura do dique do tanque de cinzas.

Gestão de Resíduos Sólidos

A gestão de resíduos sólidos consiste em geração, prevenção, caracterização, monitoramento, tratamento, manuseio, reuso e disposição residual. Requer uma nova atitude dos funcionários e gerência. O pensamento tradicional coloca toda a responsabilidade em poucos especialistas que estão encarregados disso. O novo foco é tornar a gestão de resíduos responsabilidade de cada funcionário. A importância da gestão de resíduos sólidos é o que gerentes e trabalhadores orientados para produção devem aprender. Para gestão eficaz de resíduos sólidos, sua participação e cooperação são cruciais.

Também o compromisso da gerência é necessário e vital para um programa de gestão de resíduos bem-sucedido. A gerência pode demonstrar seu compromisso treinando os funcionários em técnicas de gestão de resíduos, encorajando sugestões dos funcionários, fornecendo recursos para atividades dos 3 Rs, e medindo e monitorando a geração e reciclagem de resíduos.

O objetivo final da gerência deve ser zero resíduo sólido da planta. Para isso, acompanhamento e melhorias contínuas são cruciais. Medição e relato de redução de resíduos e conquista de metas de economia de custos também ajudam a melhorar os resultados de trabalho e o desenvolvimento sustentado da usina siderúrgica.

Os 3 'R's da gestão de resíduos sólidos são mostrados na Figura 1.

Figura 1: 3 'R's da gestão de resíduos sólidos