Come controllare le polveri nella fusione dei metalli non ferrosi?

La risposta diretta: combina cattura della fonte, filtrazione delle polveri e trattamento dei gas di scarico

Le polveri derivanti dalla fusione dei metalli non ferrosi vengono tenute sotto controllo da tre strati che lavorano insieme, non da un singolo pezzo di attrezzatura: cattura sigillata o incappucciata nel forno, nel convertitore e nei punti di spillatura; un filtro antipolvere dimensionato per le dimensioni delle particelle molto fini che i fumi metallurgici producono; e una fase di trattamento dei gas di scarico che rimuove l'anidride solforosa, i gas acidi e i vapori residui di metalli pesanti che un filtro antipolvere non è progettato per catturare.

Quando tutti e tre gli strati sono progettati come un unico sistema, i gas di scarico trattati possono essere portati a una concentrazione di particolato inferiore a 10 mg per metro cubo normale , con un'efficienza di cattura complessiva per i fumi di fusione inferiori al micron comunemente superiore 99 per cento . Tralasciando la fase di trattamento dei fumi, anche con un eccellente filtro antipolvere in posizione, si lasciano comunque nel camino inquinanti gassosi e in fase vapore che il solo controllo del particolato non è mai stato in grado di rimuovere.

Perché i fumi di fusione sono più difficili da controllare rispetto alle normali polveri industriali

La maggior parte del particolato che esce da una fonderia di materiali non ferrosi non è polvere generata meccanicamente. È un fumo metallurgico, formato quando il vapore di metallo e ossido di metallo viene prodotto a temperature del forno superiori 1.000°C si condensa in particelle solide mentre il gas si raffredda a valle. Poiché queste particelle si formano per condensazione anziché per frattura o abrasione, gran parte di esse misura sotto 1 micrometro , con gran parte della massa totale concentrata al di sotto di 0,3 micrometri. Le particelle così fini passano direttamente attraverso apparecchiature dimensionate per polveri più grossolane e rimangono sospese nell'aria molto più a lungo rispetto alle particelle più grandi.

Due flussi di polvere distinti, due problemi diversi

Una tipica operazione di fusione produce due flussi di polvere che si comportano in modo abbastanza diverso e spesso necessitano di soluzioni diverse. La frantumazione, la vagliatura, il trasporto e il caricamento del concentrato di minerale generano polvere da movimentazione più grossolana, generalmente nell'intervallo da 10 a 100 micrometri, che si deposita in tempi relativamente brevi e risponde bene all'incappucciamento convenzionale e alla separazione a ciclone. I gas di scarico del forno e del convertitore, d'altra parte, trasportano i fumi di condensazione ultrafini descritti sopra, spesso insieme a composti volatilizzati di piombo, arsenico, cadmio o zinco presenti in molti minerali di solfuro e ossido. Dimensionare un singolo componente dell'apparecchiatura di filtrazione per uno solo di questi flussi, quindi aspettarsi che sia in grado di gestirli entrambi, è uno dei motivi più comuni per cui i sistemi di controllo delle polveri non raggiungono gli obiettivi di progettazione.

Cattura della fonte: fermare la polvere prima che si disperda nell'aria

La riduzione più economicamente vantaggiosa delle polveri di fusione avviene prima che il gas raggiunga il filtro. Forni, convertitori e punti di prelievo dotati di cappe aderenti o di recinzioni complete, mantenuti in leggera pressione negativa rispetto all'officina circostante, impediscono ai fumi di fuoriuscire nell'edificio prima che possano essere aspirati nel sistema di aspirazione. Le cappe di cattura sono comunemente progettate attorno a una velocità frontale di circa Da 0,5 a 1,5 metri al secondo ; le coperture complete possono funzionare efficacemente a velocità più basse perché i fumi non hanno nessun posto dove disperdersi prima di raggiungere il condotto.

La cattura secondaria conta tanto quanto la cattura primaria. Il prelievo, il versamento e il getto rilasciano brevi esplosioni di fumo che una cappa primaria spesso non rileva, quindi cappe a baldacchino o ventilazione push-pull posizionate direttamente sopra questi punti vengono aggiunte appositamente per catturarli. Le operazioni che investono in questo livello secondario in genere catturano più di 95 per cento di fumi generati prima che raggiungano il filtro antipolvere, il che riduce il carico sulle apparecchiature a valle e limita le emissioni fuggitive che altrimenti fuorierebbero attraverso le prese d'aria del tetto e le aperture dell'edificio invece che attraverso il camino controllato.

Scelta di un filtro antipolvere per la fusione dei gas di scarico

Selezionare un filtro antipolvere per la fusione dei gas di scarico significa adattare l'attrezzatura alla temperatura del gas, alle dimensioni delle particelle e alla corrosività, non semplicemente adattare un flusso d'aria nominale. La tabella seguente riassume le prestazioni dei principali tipi di filtri rispetto ai fumi contenenti metalli di dimensioni inferiori al micron descritti in precedenza.

In pratica, molte fonderie organizzano queste tecnologie in serie anziché affidarsi a una sola: un ciclone rimuove prima la frazione grossolana per non sovraccaricare il filtro primario, mentre un filtro a tessuto o un precipitatore elettrostatico installato a valle gestisce i fumi fini di condensazione. Filtri in tessuto dotati di Mezzi di membrana in PTFE sono diventati una scelta comune per le nuove installazioni, poiché mantengono un'efficienza di rimozione inferiore al micron superiore al 99,5% in un'ampia gamma di condizioni di flusso di gas, sebbene richiedano un attento controllo della temperatura e dell'umidità per evitare di accecare i sacchi o di ridurne la durata.

Trattamento dei fumi: gestire ciò che il filtro antipolvere non può rimuovere

Un filtro antipolvere, per quanto efficiente, rimuove solo il particolato solido e liquido. I gas di scarico derivanti dalla fusione dei minerali solforati trasportano comunemente anidride solforosa a concentrazioni molto più elevate rispetto alla maggior parte delle altre fonti industriali, a volte nell'ordine di Dal 3 al 30% in volume per gas di forno ad alta resistenza, insieme a nebbia acida e vapori residui di metalli pesanti che condensano o reagiscono solo dopo aver attraversato il filtro. Il trattamento dei fumi è la fase costruita appositamente per affrontare questi inquinanti gassosi e in fase vapore.

Flussi ad alta concentrazione: recupero anziché smaltimento

Laddove la concentrazione di anidride solforosa è sufficientemente elevata, l’approccio standard non è quello di eliminare il gas ma di convertirlo in acido solforico attraverso un processo a doppio contatto e doppio assorbimento, che può raggiungere efficienze di conversione dello zolfo superiori a 99,5%. producendo al contempo un prodotto acido utilizzabile anziché un flusso di rifiuti.

Flussi di gas di coda e a concentrazione inferiore

Per i flussi di gas più deboli o come fase di lucidatura dopo il recupero dell'acido, il lavaggio con sorbente umido, semisecco e secco con reagenti a base di calce, calcare o sodio in genere rimuove il 90% o più dell'anidride solforosa rimanente. L'iniezione di carbone attivo o l'adsorbimento a letto fisso vengono aggiunti laddove sono presenti mercurio o altri metalli pesanti volatili, poiché questi inquinanti passano intatti sia attraverso i filtri antiparticolato che attraverso i tradizionali depuratori di gas acidi. Laddove la combustione o l’ossidazione ad alta temperatura generano anche ossidi di azoto, sulla stessa rampa di gas viene applicata una riduzione catalitica o non catalitica selettiva che utilizza un reagente a base di ammoniaca per abbattere gli ossidi di azoto insieme al particolato e al biossido di zolfo.

Come si collegano le fasi: un treno di trattamenti in più fasi

Poiché ogni fase prende di mira un diverso intervallo di sostanze inquinanti o dimensioni delle particelle, l'ordine in cui è disposta l'attrezzatura è importante tanto quanto l'attrezzatura stessa. Un tipico treno per una fonderia di minerali di solfuro sposta il gas in uscita attraverso la seguente sequenza, in cui ogni fase protegge le prestazioni e la durata di servizio di quella successiva:

• I gas di scarico del forno o del convertitore lasciano il processo caldo e fortemente carico di fumi fini.
• Il recupero del calore di scarto e il raffreddamento del gas portano il flusso a una temperatura che il filtro a valle può tollerare.
• Un pre-separatore a ciclone rimuove la frazione di particelle grossolane, proteggendo il filtro primario dall'abrasione e dal sovraccarico.
• Un filtro antipolvere primario, tipicamente un filtro in tessuto o un precipitatore elettrostatico, rimuove il particolato fine rimanente.
• Una fase di desolforazione o lavaggio dei fumi rimuove l'anidride solforosa e i gas acidi.
• Una fase di lucidatura, spesso adsorbimento con carbone attivo, cattura tracce di vapore di metalli pesanti che le fasi precedenti non possono.
• Il gas pulito esce attraverso un camino dotato di monitoraggio continuo delle emissioni.

Il diagramma sopra rappresenta visivamente questa sequenza: i gas di scarico si spostano da sinistra a destra dal forno, attraverso la pre-separazione a ciclone e il filtro antipolvere primario, fino al trattamento dei fumi e alla fase finale di lucidatura, prima che il monitoraggio continuo confermi ciò che raggiunge il camino.

Funzionamento, monitoraggio e manutenzione del sistema

Un sistema di filtraggio polveri e trattamento fumi funziona così bene solo se viene utilizzato. Anche un sistema progettato correttamente perderà la sua efficienza progettuale senza un monitoraggio e una manutenzione costanti, poiché depositi di polvere, umidità e condensa acida agiscono sulle apparecchiature continuamente nel tempo.

Il monitoraggio continuo mantiene il sistema onesto

Gli strumenti di monitoraggio continuo delle emissioni montati su stack che monitorano la concentrazione di particolato, l’opacità e il biossido di zolfo forniscono agli operatori prove in tempo reale di come stanno funzionando il filtro antipolvere e le fasi di trattamento dei gas di scarico, invece di fare affidamento solo su test manuali periodici per individuare un problema dopo che ha già influenzato le emissioni.

La pressione differenziale segnala quando un filtro necessita di attenzione

Attraverso un filtro in tessuto, la pressione differenziale viene normalmente mantenuta all'interno di una fascia attorno Da 1.000 a 1.500 pascal . Un aumento costante al di fuori di tale fascia solitamente indica l'accecamento del sacco a causa dell'umidità o di un attacco chimico, mentre un calo improvviso spesso segnala un sacco strappato o staccato che consente alla polvere di bypassare completamente la filtrazione.

Pianificare la sostituzione delle sacche e la corrosione prima che causino un arresto

I sacchi filtranti esposti a gas di fusione acido e ad alta temperatura durano tipicamente nell'ordine di due-quattro anni prima della sostituzione, sebbene il carico di polvere abrasiva o gli sbalzi di temperatura possano ridurlo notevolmente. I componenti bagnati nella fase di trattamento dei gas di combustione sono esposti a un rischio di corrosione dovuto alla condensa acida, quindi la selezione dei materiali e l'ispezione di routine dei condotti, degli interni dello scrubber e dei rivestimenti degli assorbitori sono importanti tanto quanto la chimica del processo sottostante.

Domande frequenti

È possibile che un'apparecchiatura gestisca contemporaneamente sia le polveri che i gas di combustione?

Gli scrubber a umido possono rimuovere il particolato e assorbire il gas acido in un unico recipiente, ma l'efficienza di rimozione del particolato che raggiungono per i fumi metallurgici inferiori al micron è generalmente inferiore a quella di un filtro in tessuto dedicato e generano un flusso di acque reflue che necessita di trattamento. La maggior parte delle operazioni di fusione ottiene prestazioni più affidabili e di più facile manutenzione mantenendo la filtrazione delle polveri e il trattamento dei gas di scarico come fasi separate e appositamente progettate anziché combinarli in un unico dispositivo.

Perché i fumi di fusione necessitano di una filtrazione più fine rispetto alle polveri derivanti dalla frantumazione o dalla vagliatura?

Poiché i fumi di fusione si formano attraverso la condensazione del vapore anziché la frattura meccanica, la maggior parte della sua massa si trova al di sotto di 1 micrometro, mentre la polvere di frantumazione e vagliatura in genere misura 10 micrometri o più. Un filtro antipolvere e un sistema di cattura dimensionati per il flusso più grossolano non tratterranno quello più fine.

Come viene solitamente trattata l'anidride solforosa derivante dai gas di scarico della fusione?

Laddove la concentrazione di anidride solforosa è elevata, cosa comune nella fusione di minerali solforati, la conversione in acido solforico tramite doppio assorbimento a doppio contatto è l'approccio standard al trattamento dei fumi, recuperando lo zolfo come prodotto utilizzabile invece di scaricarlo. I flussi più deboli, o il gas di coda rimasto dopo il recupero dell'acido, vengono generalmente lucidati con lavaggio alcalino umido, semi-secco o secco.

Cosa fa perdere efficienza ad un filtro in tessuto nel tempo?

Le cause più comuni sono l'accecamento del sacco dovuto alla condensa di umidità o all'attacco chimico, danni fisici come strappi o cuciture usurate e accumuli di polvere che i cicli di pulizia non riescono a rimuovere adeguatamente. Il monitoraggio delle tendenze della pressione differenziale insieme ai periodici test visivi o di tenuta solitamente rileva questi problemi prima che si manifestino come un superamento delle emissioni.

Il trattamento dei fumi influisce sul funzionamento del filtro antipolvere?

SÌ. La temperatura e l'umidità del gas che entrano nella fase di trattamento dei fumi vengono solitamente controllate tenendo presente le tolleranze del filtro antipolvere, poiché la condensa a monte del filtro può accecare i mezzi in tessuto o accelerare la corrosione all'interno di un precipitatore elettrostatico. Le due fasi sono normalmente progettate e gestite come un unico sistema integrato piuttosto che in modo indipendente.

Quale concentrazione di particolato può raggiungere un sistema ben progettato?

I moderni filtri in tessuto abbinati a un'efficace cattura della fonte mantengono comunemente la concentrazione di particolato in uscita al di sotto 10 mg per metro cubo normale su base continuativa, sebbene la cifra applicabile a qualsiasi impianto specifico dipenda dalle caratteristiche del gas e dal limite normativo che il sistema è progettato per soddisfare.