Maximização do potencial da areia por meio da remoção de lignito

Depois da água, a areia é o nosso recurso natural mais utilizado. Estamos vivendo uma crise global de areia, em que o seu consumo para uso geral, desde construção até computadores, observa a demanda superar a oferta, aumentando a pressão sobre os recursos naturais. A areia é um recurso finito que está se esgotando rapidamente. Estima-se que usamos 50 bilhões de toneladas de areia por ano, e esse número deve continuar aumentando.

É fundamental maximizar a recuperação de areia dos suprimentos existentes e usar areias naturais apenas quando necessário para garantir a gestão dos recursos mundiais de forma sustentável.

Em todo o mundo, milhões de toneladas de areia são destinadas ao uso em concreto de menor valor devido a contaminantes naturais, como o lignito.

Nesta edição de nossa série de comunicações Innovation Series, Darren Eastwood, diretor de Desenvolvimento de Negócios e John Quigg, engenheiro técnico sênior, analisam como nossos engenheiros adaptaram a tecnologia de remoção de contaminantes para alcançar níveis anteriormente inatingíveis de remoção de lignito, maximizando o valor da areia para uso em aplicações de maior valor.

Vamos começar com o problema.

O lignito é uma substância macia, de cor preta ou marrom semelhante ao carvão e pode estar presente em depósitos de areia e agregados localizados em todo o mundo. Considerado um contaminante nas indústrias de areia e agregados, ele pode ter dois efeitos prejudiciais se entrar na produção de concreto:

1. Coloração

Ao terminar o concreto, a fração de lignito mais leve e macia sobe até a superfície e à medida que o concreto endurece, o lignito se torna visível como manchas escuras. A gravidade disso depende da quantidade de lignito no material e seu impacto é determinado por quão visível é no concreto acabado. O efeito prejudicial varia de pequenas manchas a grandes descolorações.

Se ocorrer mancha no concreto que não é visível, como em fundações, não será um grande problema. No entanto, não é algo que se deseja ver em uma parede de concreto visível, em uma grande infraestrutura ou em produtos para pavimentação. A aparência não será boa nem inspirará confiança na estrutura.

2. Explosão

Embora as manchas sejam desagradáveis, a “explosão” é uma questão ainda mais problemática. A explosão ocorre quando o lignito mais leve sobe até o topo das lajes e acabamentos arquitetônicos finalizados com a alisadora de concreto. As partículas de lignito se expandem e explodem para fora do concreto. Isso deixa furos que podem variar em tamanho. Pode ter um efeito prejudicial na integridade do concreto, deixar um acabamento irregular, afetar seu desgaste e levar a desafios relacionados a acabamentos. Novamente, isso não inspirará confiança na estrutura.

Como resultado, os padrões internacionais para limites aceitáveis de teor de lignito na areia e agregados para produção de concreto são muito rígidos e depósitos contaminados serão rejeitados.

Dependendo do uso final do concreto, o nível de lignito permitido na areia pode variar. Os EUA e alguns outros países, como a Tailândia, seguem a especificação ASTM C33 para concreto. Este padrão permite 0,5% de lignito na areia se a superfície de concreto for relevante. Para todos os outros tipos de concretos, 1% é o teor máximo permitido.

No Reino Unido e na Europa, a norma EN 12620 permite a presença de 0,5% de lignito na areia. No entanto, se a superfície do concreto for relevante, o limite de lignito diminui para 0,25%.

Alguns produtores simplesmente aceitam que seu depósito tenha lignito e o usam no estado em que está ou o vendem para uso em produtos de menor valor, enquanto outros buscam soluções para removê-lo.

Então, como os produtores de areia e agregados removem o lignito para maximizar o potencial de seus depósitos e eliminar o desperdício?

A solução tradicional

Para remover o lignito da areia e dos agregados, os operadores tradicionalmente usam parafusos lavadores.

Com base na tecnologia de bomba de parafuso que existe há milênios, os parafusos lavadores funcionam agitando a areia na água para fazer flutuar materiais orgânicos ou outros contaminantes leves sobre um açude. Eles utilizam o fluxo ascendente para gerar uma separação por densidade: o material mais leve flutua, o material mais pesado afunda. Como o lignito é mais leve que a fração de areia, ele flutua. As frações de areia mais pesadas afundam para a parte inferior do reservatório e são extraídas para processamento posterior pelo parafuso rotativo.

O problema com essa solução é que os pontos de corte são imprecisos, dificultando a produção consistente de areia de acordo com a especificação. Embora a maior parte da fração de lignito flutue, mas não completamente. Normalmente, é necessário atrito para separar a areia e o lignito. O movimento do material por si só não produz impacto suficiente para realizar isso. Múltiplas passagens pelo parafuso podem ajudar, mas isso melhora apenas marginalmente o resultado, acrescentando mais tempo ao processo e aumentando os custos.

Nos últimos anos, à medida que os produtores de areia e agregados assumem o papel que podem desempenhar na produção sustentável, observamos um aumento nos pedidos de remoção de lignito e outros contaminantes para melhorar a qualidade do material e maximizar o retorno comercial. Os clientes estão adotando a produção sustentável porque entendem que não há alternativa.

Elevação dos padrões: o desafio de 0,1%.

Recentemente, concluímos um projeto com um produtor de concreto nos Estados Unidos que possui grandes quantidades de lignito espalhadas por seu depósito de areia e agregado. Sua operação anterior usava o método do parafuso lavador e falhava continuamente na especificação C33.

Esse cliente desejava elevar o nível de qualidade da produção de areia. Insatisfeitos por usar seu precioso depósito para produtos de menor valor, eles desejavam fornecer para uma base ampliada de clientes, o que exigia produtos de maior qualidade.

Em vez de apenas atender aos requisitos da especificação C33 de 1% de lignito, eles nos desafiaram a projetar uma solução que garantisse 0,1%. Isso é 10 vezes menos do que a especificação C33 permite, mas permitiria que eles produzissem um produto de maior qualidade e mais consistente, que poderia ser vendido em novos mercados a preços mais altos.

Este foi um desafio de três partes.

1. Remover o lignito da fração de areia para superar a especificação C33 - Meta: 0,1%.

2. Classificar a areia de uma fonte muito inconsistente para atender à especificação de tamanho C33.

3. Remover o lignito do agregado para permitir a sua utilização no concreto.

Durante a fase de concepção deste projeto, trabalhamos em estreita colaboração com o cliente para analisar seu material e os dados acumulados em sua operação anterior. Realizamos testes de laboratório e inúmeras visitas ao local para entender as capacidades de nossos equipamentos para garantir que poderíamos entregar os padrões que o cliente desejava alcançar. Utilizamos nossa experiência e dados de outros projetos de remoção de lignito para determinar o método mais produtivo e eficiente para alcançar os objetivos do cliente.

Uma abordagem diferente

1. Remoção de lignito

Implantamos vários itens de plantas diferentes dentro de nossa gama para lavar e classificar materiais e normalmente usamos nossa Unidade de Classificação em Contrafluxo (CFCU) para remoção de contaminantes. A CFCU separa o material com base na densidade e dimensiona o material em um processo.

A CFCU usa forças de contrafluxo (também conhecidas como fluxo ascendente) em uma câmara para classificar o material por gravidade. A água é usada para suspender as partículas de areia e a alta densidade na câmara fornece uma barreira por meio da qual o lignito não pode passar. A densidade do leito de areia fluidificada pode ser controlada em um ponto de corte definido, permitindo que as frações de areia mais pesadas afundem por esse leito até o fundo da câmara, enquanto o lignito mais leve flutua até o topo, proporcionando uma separação de densidade controlada. Sabíamos que poderíamos remover a maior parte do lignito com a CFCU, mantendo a areia fina, resultando em um maior rendimento de areia. O desafio para nós nesse caso é definir e manter essa densidade específica para maximizar a remoção e atingir essa meta ambiciosa.

2. Remoção de areia

A segunda parte do desafio foi projetar uma solução que processasse o material de alimentação flutuante. O tamanho da fração na alimentação bruta flutuou +/- 40% entre os tamanhos máximo e mínimo da peneira.

Essas flutuações testam a capacidade do equipamento e a complexa lógica de controle de nossos sistemas para garantir uma produção consistente e confiável.

Para a remoção de lignito, nosso objetivo era usar a CFCU para manter um leito de material estável com uma densidade de leito superior à do lignito que estamos removendo. Neste caso, buscamos uma densidade de leito na barragem de transbordo que correspondesse à do lignito, que tem um peso específico de 1,3. Em comparação, a areia tem um peso específico de 2,65, o que é duas vezes maior que o peso do lignito. A CFCU mantém a densidade do leito por meio de um circuito de controle e, como tal, pode evitar atalhos do lignito no tanque. Esta unidade foi especialmente projetada com um sistema de controle de densidade secundário que pode medir a densidade no fundo do tanque. Isso nos deu a capacidade de controlar o fluxo inferior para um peso específico desejado e atingir a especificação de areia do tamanho C33.

3. Agregados

O terceiro aspecto desse desafio era remover a contaminação de lignito do agregado para permitir que o cliente o utilizasse também na produção de concreto.

Nossa lavadora RotoMax™ é normalmente implantada para fornecer a depuração necessária para remover argila e contaminantes dos agregados. Eixos sincronizados com pás de lavagem em espiral movem os agregados fluidizados por um reservatório inclinado, esfregando o material e removendo os contaminantes.

À medida que a agitação libera o material, o fluxo ascendente permite que o lignito mais leve seja removido de forma controlada. Como resultado do teste de material, nossos engenheiros determinaram que era necessário um fluxo ascendente adicional e começaram a projetar uma solução que aumentasse o volume e a profundidade da água no tanque. Isso estendeu o tempo de retenção na água, aumentando a eficácia da separação de densidade dentro da lavadora para maximizar a remoção de lignito e alcançar as metas do cliente.

O resultado

Com base em nossos testes de material e dados de instalações anteriores, a CFCU foi instalada e configurada com especificações muito precisas. Quando os resultados do teste do primeiro material chegaram, alguns refinamentos secundários foram necessários para otimizar o rendimento para a especificação C33.

O produto de areia acabado teve a lama retirada a um nível mais alto do que o cliente previa, alcançando a equivalência de areia de 99, bem acima da especificação ASTM de 85.

Com os agregados, o êxito imediato do sistema foi evidente com lignito e carvão com tamanhos de 5 a 10 cm/2 a 4 pol. sendo removidos de forma eficiente com perda mínima de produto. A solução RotoMax produziu um agregado limpo pronto para uso na produção de concreto.

Benefícios adicionais

Embora o objetivo fosse melhorar a qualidade do produto para o cliente, outros benefícios foram percebidos que melhoram a sustentabilidade dos projetos a longo prazo. Este novo sistema pode processar maiores volumes de material do que o parafuso lavador antigo, de modo que a capacidade de produção foi consideravelmente aumentada e a eficiência melhorada. Ao eliminar a relavagem e o manuseio duplo, os custos de mão-de-obra foram reduzidos. Essa solução mais robusta permite que a planta opere em turnos duplos com o mínimo de tempo de inatividade para manutenção.

Nosso objetivo é maximizar a recuperação de cada grão de areia, permitindo que os clientes realizem todo o potencial comercial de seus materiais. Por meio da remoção de lignito e de outros contaminantes, podemos melhorar a qualidade da areia, minimizar o desperdício e prolongar a vida útil das operações marginais. Isso, por sua vez, reduz o impacto nos materiais virgens.

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