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A adição de um novo forno de calcinação rotativo de 550 tpd mais do que duplicou a capacidade de produção de cal na Planta da Linwood Mining and Minerals Corporation de Buffalo, localizada próxima de Davenport, Iowa... mas ela também levantou o problema do que fazer com uma geração de finos grandemente aumentada. Entendendo que aterrar a área de sua planta com resíduos finos em taxas de até 100 tpd não seria uma boa solução em longo prazo, a companhia não somente evitou aquela alternativa como também obteve uma maneira de manter os novos finos no fluxo do produto de valor máximo com a ajuda de uma briquetadeira de prensa de rolos automatizada.
Considerada uma das maiores minas subterrâneas de calcário do país, produzindo agregado e produtos químicos de cal por mais de 60 anos, a Planta de Buffalo atualmente minera aproximadamente dois milhões de toneladas por ano, com reservas comprovadas suficientes para continuar nessa taxa no século XXII ainda por muitos anos. Localizada ao longo da margem ocidental do rio Mississipi, estendendo-se entre uma linha ferroviária e uma rodovia estadual, a companhia conta com três alternativas viáveis para o embarque aos clientes de seu mercado da região de Iowa-Illinois-Wisconsin.
Favorecida com dois depósitos diferentes de alta qualidade, a planta de Buffalo fornece indistintamente uma vasta gama de produtos. A partir do Filão Davenport, cerca de 120 pés (36 m) abaixo da superfície, Linwood extrai rochas com aproximadamente 97% de cálcio e baixo teor de ferro/sílica. Isso resulta em produtos químicos de cal com grande apelo para fabricação de aço, tratamento de água e produção de vidro e telhas asfálticas, assim como grânulos de grau alimentício animal e cal agrícola.
Explorando o Filão Otis a até 200 pés (61 m) abaixo, encontra-se uma rocha diferente que produz um excelente agregado para pavimentação em concreto e asfalto. Isso é um bom presságio para a McCarthy Improvement Company, empresa coligada da Linwood, e que por mais de 103 anos tem sido um grande fornecedor para os mercados de construção pesada e de rodovias do meio-oeste. A McCarthy Improvement foi membro fundador do que veio a ser a matriz da McCarthy Bush Corporation de Bettendorf, Iowa, uma empresa diversificada, de propriedade familiar, que inclui a Linwood Mining & Minerals, assim como diversas operações de escavação de terra, fabricação de aço, empreendimentos imobiliários residenciais e comerciais e outras subsidiárias.
Como acontece com a maioria das pedreiras de agregado, a produção da mina de Linwood é triturada e peneirada a fim de produzir diversos tamanhos de pedras... mas aqui, somente cerca de 40% dela termina como produtos de agregado para construção. A maior parte, peneirada até -1¾" +3" (-44,4 +6,4mm), é transportada para o lado de produtos químicos do empreendimento. Uma vez lá, cerca da metade é triturada para produzir grânulos de 16 mesh para fabricação de vidro e alimentação animal, ou partículas pulverulentas de 200 mesh para uso como carga mineral em telhas asfálticas. A outra metade vai para fornos de calcinação de calcário.
De acordo com o subgerente da planta de cal Dennis Jones, a demanda crescente do mercado e o apelo de maior eficiência de produção levaram a Linwood a adicionar o novo forno de calcinação em 1998, elevando a capacidade combinada de 350 tpd dos três fornos de calcinação anteriores da planta para um total de 900 tpd. "No minuto em que nós começamos a planejar a expansão”, ele diz, “nós sabíamos que teríamos problemas com os finos”.
Ele explica que o calcário calcinado (óxido de cálcio, ou cal) proveniente dos fornos de calcinação é peneirado até -7/8" +3/16" (-22,2 +4,8mm) para desviar seixos de cal conforme especificado pelas indústrias siderúrgicas e de tratamento de água. O material acima do tamanho é triturado para -7/8" e retornado para a peneira. Nesse processo, cerca de 20% do material peneirado gera finos de até -3/16”. "Quase tudo dos finos produzidos pelos três fornos de calcinação anteriores havia sido hidratado no local e vendido na forma de pó para usos como purificação de cuba (dessulfuração) ou fabricação de asfalto para pavimentação”, Jones aponta, “mas nosso mercado de finos não é grande o suficiente para consumir a carga adicional que viria a partir do novo forno de calcinação”.
Briquetar os finos para venda como o equivalente dos seixos havia sido considerado anteriormente, lembra o gerente da planta Jeff Dahl, mas isso nunca se tornou uma opção viável por causa da quantidade relativamente pequena deixada após o atendimento da demanda dos compradores para cal hidratada. Planos de adicionar o quarto forno de calcinação finalmente tornou isso exeqüível. "A briquetagem sempre pareceu ser o único caminho para reaproveitar os finos nessa quantidade, e a única companhia que viu que poderia fornecer esse tipo de equipamento que nós precisávamos foi a K.R. Komarek, Inc., localizada próxima de Chicago”.
“Nossa principal preocupação”, afirma Dahl, “era se a dureza de nossa cal poderia impedir sua briquetagem em boas condições. A maioria dos seixos de cal quebra-se facilmente com a mão, como giz, mas, com nossos seixos, é necessário um martelo para quebrá-los”. Expressando essa preocupação antes de tudo, a Linwood enviou diversos barris de finos calcinados para a K.R. Komarek Research, Inc., uma subsidiária com sede em Anniston, AL, para testes nas versões de laboratório com instrumentação especial das máquinas de produção da Komarek. Os testes ali confirmaram que, sob uma pressão de cerca de 50.000 lb/pol. 2 (345 MPa), o material forma bons briquetes com uma densidade de cerca de 2,25 g/cm , sem necessidade de aglomerantes.
Apesar de os dados da Anniston terem mostrado que a dureza do briquete poderia ser aumentada um pouco mais com a adição de estearato de cálcio como lubrificante interno, entendeu-se que isso não seria necessário. Em um teste de resistência à trituração, no qual os briquetes são triturados entre placas paralelas, a força necessária para triturar os briquetes da Linwood chegou a até 290 lb (1290 N), comparada à faixa típica de 156 - 246 lb de briquetes de cal.
Guiados pelos resultados da avaliação da Anniston, mais projeções de volume de finos de peneira provenientes de Linwood e considerações de projeto geralmente associados a operações de briquetagem de óxido de cálcio, a Komarek propôs uma briquetadeira com prensa de rolos projetada para produzir um briquete de formato oval de 0,43 pol. 3 / 6 oz (7,1 cm 3 / 17 g) com aproximadamente 1d" de comprimento, f" de largura e espessura e" (34,9 x 22,2 x 15,9 mm), em produções de minério refinado de até 10.000 lb (4.500 kg) por hora.
O laminador proposto, uma variação de projeto do Modelo B400 da Komarek, forma briquetes com dois rolos contra-rotativos, opostos verticalmente e alimentados a partir de um lado por uma rosca de avanço horizontal. Capaz de suportar forças de separação dos rolos de até 120 toneladas, a B400 consiste em um projeto em balanço com rolos montados do lado externo em uma extremidade da máquina. Esse design em balanço permite trocas de rolo mais fáceis e rápidas, e a Komarek o recomendou porque a abrasividade da cal vai requerer substituição periódica dos rolos desgastados.
Na briquetadeira da Linwood, os rolos são de 18" (457,2 mm) de diâmetro e 6" (152,4 mm) de largura, com cavidades de meio-briquete (bolsões) usinados em suas faces circunferenciais. Cada rolo possui três colunas de bolsões ao longo de sua face, dispostos desalinhados, ou em padrão axadrezado, com cada coluna contendo 60 bolsões ao redor da circunferência do rolo. Ambos os rolos são acionados de modo sincronizado por um único motor elétrico de 100 hp / 75 KW através de uma caixa de redução de dupla saída. Os rolos são indexados de modo que os bolsões em rolos opostos coincidam à medida que os rolos giram, com as metades superior e inferior fechando-se para formar as cavidades com o formato dos briquetes completos na medida em que eles passam pela linha de centro vertical entre os rolos.
A rosca de avanço horizontal, acionada independentemente por um motor de 15 hp /11,25 kW, entrega os finos entre os rolos em suas regiões de "acunhamento" (onde os rolos encontram-se), abastecendo os bolsões dos rolos imediatamente antes de seu fechamento. O avanço horizontal proporciona um fluxo de material mais consistente para os bolsões do que os sistemas de alimentação à gravidade convencionais, e o acionamento da rosca de avanço da máquina da Linwood possui um controle de velocidade variável para permitir o ajuste fino da densidade do briquete.
Nessa aplicação, a pressão hidráulica de 2.000 lb/pol. 2 (13,8 MPa) aplica uma força de separação dos rolos de 80 toneladas a fim de obter a pressão de briquetagem prescrita de 50.000 lb/pol. 2 à medida que os bolsões fecham-se ao passar pela linha de centro dos rolos para comprimir o material em uma massa sólida. Assim que cada bolsão avança além da linha de centro dos rolos, suas duas metades naturalmente se retraem, permitindo que os briquetes formados caiam para fora da prensa e deslizem através de uma calha para uma correia transportadora que os entrega para um tanque de armazenamento de 35 toneladas nas proximidades.
Como a briquetadeira é posicionada ao ar livre, a meio caminho em uma torre de estrutura aberta de 104 pés (32 m), todas as peças do sistema, carregando finos ou briquetes, são completamente enclausuradas para proteger a cal de ser arruinada pela umidade do ambiente.
Os finos chegam à tremonha de alimentação da briquetadeira por gravidade através de uma calha proveniente de um tanque de 30 toneladas logo acima, o qual é mantido cheio por um transportador de rosca inclinado (rosca sem fim) que eleva um fluxo contínuo de finos provenientes da peneira de saída do forno de calcinação e os deixa cair no tanque de abastecimento da briquetagem através de uma abertura de fora a fora na parte inferior do transportador. Como os fornos de calcinação, o transportador trabalha continuamente, de modo que ele seja projetado com um simples mas eficiente mecanismo para proteção automática contra “transbordamento” para evitar a possibilidade de ser necessário parar a briquetadeira. Se o tanque de abastecimento da briquetadeira enche-se a ponto de os finos não poderem cair pela abertura, os finos simplesmente continuam se movendo para cima até a extremidade da rosca transportadora para um tanque de armazenamento de finos, onde são mantidos para venda aos diversos mercados de finos.
Próximo ao tanque de armazenamento de finos, encontra-se um tanque no formato de silo de 500 toneladas que recebe seixos de cal na parte superior, transportados separadamente para cima a partir da peneira do forno de calcinação, e que se esvazia na parte inferior para o drive-thru de carregamento dos caminhões.
O tanque de armazenamento de 35 toneladas que recebe os briquetes esvazia-se sobre uma correia transportadora de pesagem que alimenta um carregador de "supersacas" no nível do solo abaixo, adjacente à estrutura do silo. Quatro outros tanques de armazenamento alimentam correias transportadoras de pesagem no mesmo piso que também convergem para a calha de descarga do carregador de sacas, permitindo que quantidades medidas dos diversos aditivos especificados pelos clientes sejam misturadas em sacos de malha de náilon de 2 toneladas junto com os briquetes de cal. As misturas são medidas de acordo com os programas de mistura homogeneizada armazenados em um painel de controle computadorizado proprietário na estação de carregamento de sacas. “As misturas ensacadas destinam-se principalmente para clientes de siderúrgicas”, afirma Jones. “As aciarias economizam tempo e dinheiro simplesmente deixando toda a saca cair no metal fundido, em vez de medir os vários ingredientes separadamente”.
A operação de briquetagem da Linwood é totalmente automatizada, explica o eletricista Mike Truninger. “O sistema dá partida e pára sozinho por controle de CLP, disparado por indicadores de nível de briquetes no tanque de armazenamento de sacas. Quando o abastecimento tornar-se baixo, o CLP dará partida ao equipamento em uma seqüência reversa, primeiro o transportador de transferência, em seguida os rolos da briquetadeira, então a rosca de avanço da briquetadeira e os vibradores nas calhas de descarga que descem os finos para a briquetadeira. Um painel de controle no piso da briquetadeira permite a sobreposição para o controle manual, mas isso raramente é necessário, exceto para fins de manutenção”.
Além disso, ele acrescenta, sensores no tanque de armazenamento da briquetadeira vão parar o sistema se o nível de finos tornar-se muito baixo e, em seguida, o sistema dará partida novamente quando o abastecimento de finos for restabelecido.
“A operação de toda a planta de cal é supervisionada a partir de uma sala de controle central”, ele continua. “Ali, quatro PCs apresentam graficamente as diversas operações da planta, alertam os operadores sobre quaisquer problemas e permitem que eles tomem as ações apropriadas. Enquanto tudo está funcionando normalmente, ninguém precisa se preocupar a respeito do sistema de briquetagem”, ele diz. “Ele funciona sozinho”.
Apesar de a briquetadeira da Linwood ter a capacidade de processar mais finos do que o novo forno de calcinação tipicamente produz, a máquina atualmente funciona somente cerca de metade do tempo, diz o gerente da planta Jeff Dahl. “Isso foi planejado para nos dar bastante espaço para crescimento potencial nos pedidos de ensacados. Agora mesmo, estamos ensacando somente cinco dias por semana, mas a produção funciona 24 horas, sete dias por semana, com turmas alternando-se em períodos de três e quatro dias com turnos de 12 horas”.
“Crescimento potencial à parte”, ele continua, “nosso objetivo primário era reduzir o custo dos resíduos. Se 20 por cento de nosso material vem na forma de finos e são refugados, então estamos jogando fora 20 por cento dos custos de mineração, trituração, peneiramento, manuseio e calcinação da rocha. Isso torna esses finos valiosos demais para terminarem em um aterro. Ao passo que capturar seu valor com a briquetagem requereu um investimento inicial significativo, nós calculamos que esse sistema pagou-se em menos de um ano ou algo assim”.
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