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Em 1848, foi concedida uma Patente para William Easby para um MÉTODO DE CONVERSÃO DE CARVÃO MIÚDO EM TORRÕES SÓLIDOS. Em seu requerimento, Easby fez somente uma reivindicação, “A formação de pequenas partículas de qualquer variedade de carvão em torrões sólidos através de pressão”. Em uma igualmente breve descrição do processo, ele menciona “A utilidade e a vantagem da descoberta são que, através desse processo, um artigo de pequeno valor, quase desprezível, pode ser convertido em um artigo valioso de combustível para navios a vapor, forjas, culinária e outras finalidades, assim economizando o que agora é perdido”.
Easby, em suas poucas palavras, havia patenteado toda a indústria de briquetagem de carvão e tinha, dessa maneira, estabelecido a razão para sua existência.
Quase 50 anos mais tarde, a pressão econômica juntou forças com o progresso tecnológico para materializar a visão de Easby. O processo de briquetagem de carvão, da forma que por fim evoluiu nos Estados Unidos, consistia primeiro em secar o carvão, em seguida triturá-lo e peneirá-lo; misturar o carvão seco com aproximadamente 6% de aglutinante asfáltico derretido, briquetar essa mistura em máquinas de briquetes do tipo rolos e finalmente resfriar os briquetes em um transportador antes de carregá-los em carros ou desviá-los para a pilha de estocagem. Mais de 6 milhões de toneladas de briquetes de carvão eram produzidos anualmente nos Estados Unidos antes de o processo ser arruinado pelo petróleo e gás baratos logo após a Segunda Guerra Mundial.
Os briquetes feitos por esse processo eram usados principalmente para aquecimento doméstico, e muitas tentativas foram feitas no sentido de eliminar o aglutinante asfáltico, já que a fumaça proveniente do aglutinante era a maior restrição ao produto.
A briquetagem de carvão, hoje em dia,
é mais de interesse histórico. O carvão é briquetado como uma etapa inicial na produção de carvão ativado. Há um interesse crescente na briquetagem de carvão para reaproveitar reservas de matérias-primas de peneiras abandonadas. O carvão que foi triturado ao ser transportado por meio de dutos ou triturado para limpeza a fim de remover enxofre e cinzas não pode ser embarcado prontamente sem ser reaglomerado para um tamanho maior. Carvão menor do que um quarto de polegada (6,4mm) não pode ser usado sem aglomeração em alguns dos processos para combustíveis sintéticos. A briquetagem é usada na produção de coque moldado e também possui vantagens na produção de coque de grau metalúrgico.
O carvão, que lançou uma grande indústria de briquetagem na primeira metade do século XX, pode muito bem completar o ciclo neste século.
Muitos outros materiais são briquetados com aglomerantes. Minério de ferro e cromita são briquetados com um aglomerante consistindo de cal e melaço. Fluorita também é briquetada com aglomerante de cal e melaço, assim como com silicato de sódio. Cimento Portland é usado como um aglomerante para bauxita e os aglomerantes de lignosulfonato, que são um resíduo da indústria papeleira, são usados para minérios de cobre e para magnesita. Em misturas para bateladas de vidros, água e barrilha formam um aglomerante para areia silicosa.
Os aglomerantes são divididos de acordo com sua função em aglomerantes do tipo matriz, tipo película e aglomerantes químicos. Alguns exemplos de cada um desses são listados a seguir:
TIPO MATRIZ TIPO PELÍCULA AGLOMERANTES QUÍMICOS
Carvão Breu Água de alcatrão
CA(OH)2 + Melaço Asfalto de Petróleo Silicato de sódio
Silicato de sódio + CO2 Cimento Portland Lignosulfonatos
2 Componentes Plásticos tais como os epóxis
Aglomerantes do tipo matriz engastam as partículas em uma fase aglomerante substancialmente contínua. Portanto, as propriedades dos briquetes são determinadas em grande parte pelas propriedades do aglomerante.
Aglomerantes do tipo película são como colas e geralmente dependem da evaporação da água ou algum solvente para desenvolver sua resistência.
Aglomerantes do tipo solvente são usados algumas vezes, ainda que o material possa ser briquetado somente com pressão, já que podem ser utilizadas pressões menores e briquetes com uma estrutura mais porosa podem ser fabricados deste modo.
Aglomerantes químicos podem ser tanto do tipo película ou do tipo matriz. Os aglomerantes químicos usados para areias de fundição são bons exemplos de aglomerantes do tipo película.
Briquetes feitos com aglomerantes são geralmente prensados em baixa pressão. Quando os briquetes são feitos sem aglomerantes, no entanto, o sucesso do processo depende da trituração ou deformação plástica das partículas para aproximá-las ao máximo. Não surpreende que muitos componentes orgânicos cristalinos possam ser briquetados somente com pressão. As forças que aglomeram esses cristais não são fortes nem específicas, portanto é necessário somente comprimir os cristais individuais em estreito contato.
É mais surpreendente que sólidos iônicos típicos, com seus retículos cristalinos bem ordenados, sejam tão facilmente moldados em briquetes satisfatórios. Cloreto de sódio, por exemplo, é briquetado extensivamente para recarga de abrandadores de água do tipo zeólito. Cloreto de potássio é briquetado e compactado para a produção de fertilizante granulado. Óxido de cálcio também é briquetado extensivamente, mas em pressões muito mais altas.
Briquetagem a quente é geralmente entendida com o significado de briquetagem de materiais que tenham sido aquecidos a temperaturas acima da ambiente, em que a plasticidade desenvolve-se ou se torna iminente. Não surpreende que os materiais aquecidos a tais temperaturas formem briquetes melhores. Temperaturas bem abaixo dessas, no entanto, também podem ser benéficas. Isso parece ser particularmente verdadeiro para os compostos iônicos. Cloretos de sódio e potássio e cianetos, por exemplo, formam briquetes melhores quando são aquecidos a 100-200°C. A temperatura afeta diversas propriedades de dispersão dos sólidos e é uma variável importante no processo de briquetagem.
Sistemas de Compactação e Granulação
Quando a especificação indica um produto aglomerado menor do que 8 mm, geralmente ele é feito primeiro compactando o material original e, em seguida, triturando e peneirando-o a fim de recuperar a fração que apresenta o tamanho de malha desejado.
Os compactados iniciais podem ser briquetes convencionais, briquetes em forma de bastão ou placas lisas ou corrugadas contínuas. Um produto granulado tipo flocos particularmente atraente é obtido quando a espessura da placa compactada é substancialmente menor do que o tamanho da malha do produto. A granulação, então, é necessária somente em duas direções.
Fertilizantes e outros produtos são compactados e granulados a fim de evitar que eles se aglutinem em sacos ou containeres. Muitos produtos farmacêuticos, tais como aspirina e antibióticos, são compactados em máquinas do tipo rolos e, em seguida, granulados para produzir o material granular, de escoamento livre, do qual os tabletes são feitos.
Barras e tiras contínuas também podem ser laminadas a partir de materiais particulados com máquinas briquetadeiras do tipo rolos. Se os rolos forem dispostos um sobre o outro, como em um laminador, as tiras irão escoar da máquina horizontalmente, e poderão ser alimentadas para um forno contínuo de rolos, ou outra fornalha, para processamento subseqüente. Cimento Portland, ferro-esponja, coque, metais e ligas, minérios sinterizados, pós provenientes da fabricação de aço e outros processos metalúrgicos, e muitos outros produtos podem ser feitos ou processados desse modo. As perdas de pó podem ser reduzidas e as eficiências térmicas possivelmente aumentarão. Nenhuma aplicação para essa técnica fora da indústria metalúrgica parece ser praticada comercialmente no momento, mas, com nossa crescente preocupação relativa à ecologia e à conservação de energia e materiais, parece apropriada uma nova avaliação dos processos industriais estabelecidos.
Máquinas briquetadeiras do tipo rolos aplicam pressões a partículas, comprimindo-as entre dois rolos girando em direções opostas. Cavidades ou entalhes recortados nas superfícies dos rolos moldam os briquetes.
Características das máquinas do tipo rolos.
Nas primeiras máquinas briquetadeiras, os eixos dos rolos eram sempre horizontais e seus centros eram fixados na estrutura. Uma única caixa de alimentação ou tremonha montada acima dos rolos continha o material a ser briquetado e ele fluía dali para os rolos por gravidade.
As máquinas briquetadeiras modernas geralmente possuem um único rolo em posição fixa na estrutura. O outro rolo é móvel, mas é sustentado por cilindros hidráulicos. Os rolos podem ser dispostos horizontalmente ou lado a lado na estrutura, ou podem ser dispostos verticalmente, ou um acima do outro como nos laminadores. Além disso, os rolos podem ser localizados simetricamente entre os mancais ou podem ser montados fora dos mancais na extremidade de eixos em balanço. Cada um desses quatro arranjos possui determinadas propriedades exclusivas. Outras características das máquinas também podem ser variadas a fim de satisfazer condições especiais do processo. Seis características no total determinam o comportamento das máquinas briquetadeiras do tipo rolos.
Os rolos de máquinas briquetadeiras são classificados de acordo com sua construção como rolos integrais, sólidos ou segmentados. Rolos integrais, como o nome dá a entender, são solidários com os eixos. Esses rolos geralmente possuem uma cinta de aço inoxidável ou algum material resistente à corrosão ou abrasão soldado às suas circunferências ou faces de trabalho. Como eles não possuem juntas ou superfícies de contato, os rolos integrais são freqüentemente usados para briquetagem de produtos alimentícios ou farmacêuticos onde a limpeza é a preocupação principal. Os rolos integrais podem ser facilmente aquecidos por vapor ou resfriados à água. Geralmente, eles não são adequados para materiais abrasivos.
Os rolos sólidos, ou aros, são os rolos de briquetagem mais comumente usados e consistem de anéis substituíveis chavetados ou encaixados por contração aos eixos. Os rolos são feitos de uma variedade de materiais resistentes à abrasão e corrosão. Ao contrário dos rolos integrais, que requerem algum compromisso dos materiais de construção, os rolos sólidos e eixos podem ser feitos a partir do material mais adequado.
Os rolos segmentados são feitos de uma série de seções ou segmentos que são mecanicamente fixados aos eixos. As vantagens dos rolos segmentados são evidentes para qualquer um que já tenha efetuado a troca de rolos convencionais, assim rolos desse tipo têm sido assunto de investigação continuada desde o início da indústria de briquetagem. Rolos segmentados são recomendados para briquetagem a quente ou de materiais abrasivos e são feitos com materiais adequados para tais aplicações.
A construção mecânica dos rolos determina características tão importantes como a confiabilidade, facilidade de manutenção e custo operacional. O efeito que os rolos terão sobre os materiais que passam através deles, no entanto, depende de sua geometria.
Na maioria das máquinas briquetadeiras, o rolo móvel é pressionado contra um rolo fixo por cilindros hidráulicos. Batentes localizados entre os mancais impedem que os rolos entrem em contato um com o outro. O material, passando entre os rolos, tenta separá-los. Os cilindros hidráulicos resistem a esse esforço até que a força exercida pelo material exceda a que é exercida pelos cilindros. O rolo móvel é então deslocado e, por sua vez, desloca os pistões nos cilindros hidráulicos até que ambos os esforços igualem-se. O óleo deslocado pelos pistões é armazenado sob pressão em um acumulador preenchido com gás. Ele retorna dali conforme necessário para empurrar o rolo móvel de volta contra os batentes.
O sistema hidráulico atua como uma mola. A força inicial, que mantém os rolos juntos, pode ser ajustada pela pressão do óleo nos cilindros. A força incremental necessária para deslocar o rolo móvel também é ajustável através do volume do gás no acumulador.
O sucesso da moderna máquina briquetadeira do tipo rolo é devido, em grande parte, a essa capacidade do sistema hidráulico de coincidir a inclinação da curva de força-deslocamento do rolo móvel às exigências do processo de briquetagem.
Quando as máquinas briquetadeiras do tipo rolos limitavam-se à compactação de materiais, os quais eram misturados com aglomerantes, o alimentador do tipo à gravidade simples era geralmente adequado. A briquetagem, nesse caso, é principalmente um processo de formação ou moldagem e pequenas mudanças na densidade do produto ocorrem na medida em que ele passa através dos rolos. A pressão requerida para tais aplicações é baixa e a virtude da simplicidade freqüentemente prevalece sobre as vantagens possíveis de se obter através de um controle mais sofisticado. Os alimentadores do tipo à gravidade, conseqüentemente, ainda são usados para alguns propósitos.
Para materiais secos ou finamente divididos, alimentadores do tipo rosca transportadora ou rosca sem-fim são comumente usados. Esses alimentadores, além de controlar a massa de material que passa entre os rolos, freqüentemente possuem importantes efeitos colaterais. Eles podem pré-comprimir o material antes de ele alcançar os rolos. Eles podem triturar as partículas a fim de obter uma consistência de tamanho mais favorável. Há especulações de que a mobilidade das partículas na rosca alimentadora permite que os eixos dos cristais alinhem-se mais favoravelmente de modo a produzir briquetes de melhor qualidade. O aquecimento das partículas na rosca alimentadora também pode ter um efeito significativo. Sejam quais forem os mecanismos, briquetes de melhor qualidade freqüentemente podem ser feitos utilizando uma rosca alimentadora.
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