Laboratório de Plasma Industrial (LPI)

Apresentação em tema: "Laboratório de Plasma Industrial (LPI)"— Transcrição da apresentação:

1 Laboratório de Plasma Industrial (LPI)
Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Instituto de Física Gleb Wataghin – IFGW Laboratório de Plasma Industrial (LPI) Coordenador: Prof. Dr. Aruy Marotta Processos Industriais Via Plasma Térmico

2 Plasma Térmico: Aplicações
Por ordem cronológica de desenvolvimento mundial: Área Espacial Simula reentrada, teste de proteção contra ablação (heat shield) Metal-Mecânica Deposição, corte, solda, fusão, refino Cerâmica, Química Síntese de pós cerâmicos (carbetos, nitretos, óxidos) Metalurgia Redução de ferros-liga, minério de niquel, minério de ferro Meio Ambiente Resíduo municipal, industrial, hospitalar, nuclear Petroquímica, Química Gaseificação, obtenção de gás de síntese Energia Eletricidade, combustíveis

3 Plasma Térmico na Metalurgia
Vantagens do Plasma Térmico na Metalurgia: Tiristores de potência de baixo custo : fez aumentar o uso de fornos DC Permite alimentação de Finos: sem necessidade de peletização como no AC Altas temperaturas podem ser alcançadas: devido ao arco elétrico Gás pode ser ajustado de acordo com a carga: neutro, oxidante ou redutor Independência da resistividade da taxa de alimentação da carga: permite alto fluxo de potência: taxa de alimentação da carga e potência independentes Maior produtividade (altas taxas de reação): devido aos finos Controle independente de voltagem e corrente: alta voltagem no arco e baixa corrente favorece a redução do consumo de eletrodo. Permite uso de insumo de baixa qualidade: carvão vs antracita. Resposta rápida, reatores menores, baixo consumo de eletrodos, maior pureza da fusão, baixo nivel de ruído elétrico e acústico.

4 Plasma Térmico no Lingotamento Contínuo de Aços
Projeto: PITE/FAPESP Melhorar qualidade do aço: menor número de inclusões, menor segregação. Plasma: manter temperatura estável do distribuidor. Outros efeitos: lingotamento aços rápidos, menor consumo refratários, eletrodos

5 Plasma Térmico no Lingotamento Contínuo de Aços
Resultados: Inédito no País: Sistema a Plasma Térmico operou com sucesso em condições industriais em 3 ton de aço líquido numa indústria metalúrgica de grande porte Equipe da UNICAMP projetou e desenvolveu todos os sistemas necessários Fonte de potência (500kVA): especificada pelo LPI/UNICAMP Vide repercução na Mídia em:

6 Reciclagem do Aço Rápido da Lama de Retífica
Projeto PIPE 2 (03/2008): R$ ,00 Aço rápido M2: 0,90% C, 6% W, 5% Mo, 2% V, 4% Cr. Alto valor agregado (V, W, Mo, Cr); Difícil separação do aço do abrasivo; Destino: CST (ferro gusa em alto-forno), baixo efeito econômico; Interesse econômico: reaproveitar aço, abrasivo, óleo. Rejeito fabricação de brocas (Lama): aço 50% (1.500 t); abrasivo 30% (900 t); óleo 20% (600 t) Mercado Lama (3.000 t/ano): Villares Metals (VM), VM, Dormer,Twill. Resultados no LPI: Forno a plasma (arco-transferido): A, atm inerte Argônio; 4min; Cadinho de grafite (1,7 l pelets). Objetivo: “Reator piloto a plasma térmico para reciclagem de aço rápido da lama de retífica com capacidade de 150 kg/h de aço”.

7 Reciclagem do Aço Rápido da Lama de Retífica

8 Reciclagem de Finos Metálicos
Objetivo: refusão de finos metálicos de metais friáveis; reaproveitamento de material de alto valor agregado; eliminação de passivo ambiental. Produção de Si: redução (quartzo + carvão) SiO2 + C = Si + CO2 britagem produz pós micrométricos (finos); o fino é rejeito; não pode ser reaproveitado em fornos convencionais Refusão de finos de Si no LPI: forno a plasma em atmosfera inerte; tocha de plasma de arco-transferido: A, argônio, levou 2 min; Cadinho de grafite com 0,5 kg de finos de Si.

9 Demanda de Pesquisa em Metalurgia: Niquel
Projeto 1: Recuperação de Ni-Co de Rejeito Hidro-Metalúrgico (lama negra) Rejeito ( ton): 0,6% Ni, 0,1% Co, 2,5% Cr, 37% Fe, 0,1% Cu Interesse econômico: recuperação dos metais; eliminar impacto ambiental Projeto 2: Processo de Extração de Níquel do Minério Laterita Laterita: óxido de Níquel Alta umidade (40%): pretratamento (secagem/pre-redução) em forno rotatório a combustível (tipo cimento); secagem (água livre) e calcinação (água ligada). Finos (<1mm): formados com pretratamento; minério friável. FEA convencional de 3 eletrodos AC: não pode usar finos e há limite em fluxantes SiO2/MgO (ratio <2) or Fe < 20% Plasma DC: é alimentado com óxido Ni e C redutor: produz Fe-Ni; permite finos (melhorando recuperação total do Ni); permite tratamento com SiO2/MgO = (1,2-3,0) e Fe > 30%.

10 Demanda de Pesquisa em Metalurgia: Silício Solar
Objetivo: Boro B e Fósforo P < 1 ppm: Brasil possui maior reserva mundial (90%) de quartzo puro. Hoje o Si-SoG é obtido dos rejeitos da indústria eletrônica (Si-EG). O estoque dos rejeitos do Si-EG não cobrem demanda. O Si-MG tem pureza de 98-99% (preço 1,5 US$/kg). O Si-SoG pode ser obtido por técnicas químicas (pureza ppb) e metalúrgicas (pureza ppm) a partir do Si-MG. O Si-EG obtem-se por técnica química (Si-MG é convertido em gás/líquido triclorosilano). Plasma para Si-SoG a partir de Si-MG (99,99%): Atmosfera de argônio com baixa pressão parcial de O2 e H2 é efetiva na remoção do B e C. Impureza necessária: C < 4: O <5; B < 0,3; P < 0,1; (Fe, Al, Ca, Ti) < 0,1 ppm. Plasma para Si-SoG a partir de SiO2: Uso de C puro (negro de fumo carbon black)

11 Metalurgia: Forno Elétrico a Plasma DC

12 Plasma Térmico nas Indústrias Química, Alimentos,
Petróleo, Metalurgia, Meio Ambiente Reaproveitamento de Metais de Catalisadores Vencidos 200 kVA DC Plasma Furnace in Moscow