Redução do consumo de piche e pasta anódica

Redução do consumo de piche e pasta anódica

Escrito em 04/05/2020
Revista Minérios



O alumínio primário é produzido a partir do processo de eletrólise da alumina (Al2O3) dissolvida em um banho eletrolítico. Por meio da passagem de corrente elétrica, a eletrólise ocorre na presença de um catodo (alumina) e um anodo de carbono, formado a partir do cozimento de pasta anódica. O anodo Söderberg é cozido pelo calor gerado durante a passagem de corrente através do próprio anodo e pelo fluxo de calor gerado pelo banho eletrolítico.

A pasta anódica é formada a partir de uma mistura de piche de alcatrão e coque calcinado de petróleo em uma razão característica do processo. Para a tecnologia Söderberg, essa proporção gira em torno de 66 a 71% de coque. Em sua forma natural, o coque possui granulometrias distintas (classificada internamente em quatro frações) e a quantidade de uso de cada uma delas é o que determina a receita do agregado seco.


 

Dentre os fatores que afetam a eficiência na produção, destaca-se a qualidade do piche que regula a fluidez ideal da pasta e robustez final do anodo. Ao longo dos anos, a matriz carboquímica brasileira vem sofrendo em atender esses requisitos de qualidade, entregando na maioria das vezes um produtor inferior ao obtido anos atrás.

Ademais, a qualidade do coque vem caindo drasticamente ao longo do tempo, que alinhada à queda de qualidade do piche de alcatrão, impacta diretamente a produção de pasta anódica na indústria de alumínio.

Em termos técnicos, essa queda de qualidade é representada pelo afinamento das partículas de coque (menor rendimento de fração I e maior rendimento de frações II e III). Dentro desse cenário de perda de qualidade de matéria-prima, foi necessário adaptar o processo de fabricação de pasta anódica, tomando como principal ação a mudança da receita de preparação de agregado seco (coque calcinado de petróleo).

Receita

A metodologia na mudança da curva de agregado seco se baseia na determinação da densidade do agregado seco após mistura das frações. Com base na curva de distribuição granulométrica, os limites mínimos e máximos foram avaliados quanto às suas propriedades e plotados em um diagrama ternário, a fim de determinar as zonas de densidades do agregado seco.

A partir dessas áreas é avaliado as composições das frações necessárias e viabilidade operacional de se obter aqueles rendimentos. Por fim, é selecionado um ponto na curva que atenda as limitações naturais de granulometria do coque e capacidade de processamento de fração fina da fábrica de pasta anódica.

Com a receita definida, inicia-se a dosagem de piche de 27% até 34%, com variações de 1%, com objetivo de atingir o menor teor possível até alcançar um alongamento adequado e similar à receita atual.

A terceira etapa consiste na caracterização físico-química dessa pasta anódica, com objetivo de verificar se atende os critérios de qualidade mínimos da especificação e possíveis ganhos que poderiam haver com a mudança.

Essa pasta é destinada às cubas eletrolíticas para cozimento e formação de anodo, com acompanhamento da performance de plasticidade até atingir a zona de reação de eletrólise. A partir desse momento, a pasta anódica com a nova curva de agregado seco é medida em termos de consumo específico e performance do forno.

A nova receita de agregado seco desenvolvida neste projeto permitiu economizar entre 2,3% a 3,6% das frações mais críticas (frações I e IV) de coque, minimizando os impactos de um gargalo natural de matéria-prima (afinamento do coque e consequente menor rendimento de fração I) e um gargalo operacional (produção interna de fração IV através de moagem em um moinho de bolas).

Essa redução da fração IV (menor granulometria) permitiu a redução do teor de piche de 33,8% para 32,0%, mantendo as mesmas propriedades reológicas da pasta anódica e melhorando sensivelmente as propriedades físico-químicas.

Esses avanços no teor de piche e características da pasta anódica colaboram positivamente na etapa de cozimento, uma vez que haverá menor emissão de voláteis e uma formação mais robusta e compacta do anodo na cuba eletrolítica. Com isso, reduziu-se também o consumo específico de pasta anódica em 6 kg/ton Al no grupo de controle que recebeu essa pasta quando comparado com fornos nas mesmas condições operacionais.

De forma resumida, os benefícios do projeto incluem minimização de gargalos operacionais na fábrica de pasta anódica, decorrente de paradas de planta por falta de rendimento de frações; redução de 3 % das emissões de CO2 da área de redução eletrolítica; redução do consumo de piche de alcatrão; e redução do consumo de pasta anódica.



Cledson Rodrigo Correa, técnico de processos da sala pasta



Cleverson Correia Lourenço, técnico de processos com foco em anodo das salas fornos



Lara Cristina Alves da Fonseca, coordenadora de processos das salas fornos



Tony Richard Aquino de Souza, engenheiro de processos da sala pasta



Ananias de Souza Santos, coordenador de produção da sala pasta



Diego Cota Marinho, gerente de processos das salas fornos



Robatão Ramos dos Santos Jr, gerente de operações