Avaliação do desempenho de polímeros em setores de filtro de disco na filtração de semente grossa durante o processo de obtenção da alumina

Abstract

A obtenção da alumina provém do processamento químico da bauxita, nomeado como processo Bayer. Essa operação se inicia na refinaria e abrange diversas etapas até finalizar pela calcinação. Dentre uma das fases está a filtração de semente grossa a qual, após a classificação dos hidrociclones, direciona o underflow aos filtros de disco para que ocorra a recuperação da solução aquosa de hidróxido de sódio. Os filtros de disco atuantes são compostos por 80 setores de aço AISI 316L, com 2,5m de comprimento e 30kg de massa. Em conjunto, os setores são encapados com meios filtrantes os quais são confeccionados com fibras monofilamentadas de poliamida 6, além do auxílio das subtelas de polipropileno. Neste trabalho, a Poliamida 6, o Polipropileno e o Politetrafluoretileno são colocados em comparação direta, com base nas propriedades mecânicas em conjunto com a viabilidade econômica, como possíveis substitutos ao aço inoxidável austenítico de modo a reduzir consideravelmente a massa dos setores. Assim será garantida maior segurança na operação e manutenção mantendo a eficiência da filtrabilidade. À vista disso, os materiais poliméricos foram submetidos ao banho de água rotativo, sob tempos de residência de 24, 48 e 72 horas, e imersos em meios distintos: água e solução aquosa de hidróxido de sódio, mantidos a 90°C. Ainda, novas amostras foram direcionadas ao ensaio de resistência térmica, durante 720h a temperatura de 60°C, sendo parte dos corpos de prova em contato direto com a solução aquosa de NaOH e o restante não estava sob influência do meio. Dessa forma, foi possível reproduzir similarmente o ambiente em que os setores operam. Ainda, como análise comparativa, as amostras dos três materiais poliméricos passaram pelo ensaio de dureza Shore D, pelo ensaio de resistência à tração e pela microscopia óptica visando avaliar a influência que o meio alcalino, extremamente agressivo, e a temperatura causam em cada polímero. Os resultados obtidos indicam que todos os materiais mantêm a dureza inalterada, entretanto, a Poliamida 6 tem a resistência mecânica diminuída em virtude da exposição à solução de hidróxido de sódio e da absorção de água. O PTFE, apesar de ser bastante resistente à temperatura e sofrer grande deformação antes da ruptura, manifesta resistência mecânica baixa, além do processamento dificultado o que influencia no custo elevado do material virgem. O Polipropileno, por sua vez, permanece com seu desempenho mecânico sob qualquer circunstância. Em linhas gerais, dentre os materiais estudados e os resultados obtidos, o PP foi o que apresentou menor oscilação de comportamento mecânico quando exposto à temperatura, solução aquosa de hidróxido de sódio e água. Para mais, o processamento desse polímero se dá através da injeção e extrusão, além de apresentar custo da matéria prima virgem bastante competitivo.

The obtention of alumina comes from the chemical processing of bauxite, known as the Bayer Process. This operation begins at the refinery and covers several stages before it ends with calcination. Among one of the phases is the coarse seed filtration which, after being separated by hydrocyclones, directs the underflow to disc filters for the recovery of aqueous sodium hydroxide solution. The active disc filters are composed of 80 sectors of AISI 316L steel, 8.2ft long and weighing 66lbs. Together, the sectors are covered with filter media which are made with polyamide 6 monofilament fibers, in addition to polypropylene underlays. For this project, Polyamide 6, Polypropylene and Polytetrafluoroethylene are placed in direct comparison, based on mechanical properties in conjunction with economic feasibility, as possible substitutes for austenitic stainless steel in order to considerably reduce the mass of the sectors. By doing so, greater safety in operation and maintenance while maintaining filterability efficiency will be ensured. Considering that, the polymeric materials were subjected to a rotating water bath under residence times of 24, 48 and 72 hours, and immersed in different media: water and aqueous sodium hydroxide solution, kept at 90°C (194°F). Also, new samples were directed to the thermal resistance test for 720 hours at a temperature of 60°C(140°F), being part of the specimens in direct contact with the aqueous solution and the rest was not under influence of the environment. Accordingly, it was possible to reproduce the environment in which the sectors operate in a similar way. Also, as comparative analysis, the samples of the three polymeric materials passed the Shore D Hardness test, the tensile testing and optical microscopy in order to assess the influence that basic environment, extremely aggressive, and temperature have on each polymer. The results obtained indicate that all materials maintain unchanged hardness, however Polyamide 6 has reduced mechanical strength due to its exposure to sodium hydroxide solution and water absorption. Despite being quite resistant to temperature and suffering great deformation before rupture, PTFE manifests low mechanical resistance in addition to the difficult processing, which influences the high cost of virgin material. In turn, Polypropylene keeps its mechanical performance under any circumstances. In general terms, among the materials studied and the results obtained, PP presented the smallest oscillation of mechanical behavior when exposed to temperature, aqueous solution of sodium hydroxide and water. Furthermore, the processing of this polymer takes place through injection and extrusion, in addition to presenting a very competitive cost of virgin raw material. Furthermore, the processing of this polymer takes place through injection and extrusion, in addition to presenting a very competitive cost of virgin raw material.