Purificação de gases de combustão com múltiplos poluentes para a produção de carbonato de lítio para baterias de novas fontes de energia.

Estudo de Caso · Controle de Emissões Industriais

Como um dos principais produtores de carbonato de lítio alcançou simultaneamente a conformidade com as normas de baixíssima emissão de SO₂, NOx, PM, telúrio, fluoreto e névoa ácida a partir de 100.000 Nm³/h de gases residuais do forno túnel — implementando um sistema pioneiro de tratamento integrado em cinco estágios, que combina lavagem na torre de enchimento, desnitrificação oxidativa com COA, dessulfurização de gases de combustão com calcário e gesso, precipitação eletrostática úmida e redução da pluma magnética.

Gases liberados pelo carbonato de lítio das baterias
Desnitrificação Oxidativa COA
Precipitador eletrostático úmido
Recuperação de telúrio e flúor
Redução da pluma branca

84%
Remoção de SO₂
FGD de calcário-gesso
60%
Remoção de NOx
Desnitrificação Oxidativa COA
99.5%
Remoção de telúrio
Recuperação da Torre de Enchimento
100,000
Nm³/h
Volume padrão de gases de combustão

01 — Contexto do Setor

Carbonato de lítio como material crítico para baterias e o ambiente regulatório de emissões cada vez mais rigoroso.

O carbonato de lítio é uma matéria-prima essencial na produção de materiais catódicos para baterias de íon-lítio, vitrocerâmicas e produtos químicos especiais. O crescimento global explosivo de veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia em larga escala impulsionou a rápida expansão da capacidade de produção de carbonato de lítio, com a produção aumentando de 4,1 t/a em 2014 para 39,5 milhões de toneladas em 2022 — uma taxa de crescimento anual composta de 281 TP3T — e projetada para atingir 110 milhões de toneladas por ano, com crescimento adicional para 51,79 milhões de toneladas, projetado a uma taxa de crescimento anual de 31,11 TP3T. A produção de carbonato de lítio é fundamental para a cadeia de suprimentos de veículos de novas energias, com políticas nacionais em diversas jurisdições designando novas energias, novos materiais e veículos de novas energias como prioridades estratégicas de desenvolvimento em seus planos quinquenais.

A empresa deste estudo de caso é especializada em pesquisa e desenvolvimento, produção e vendas de materiais de lítio para novas energias e tecnologia de rubídio-césio. Trata-se de uma importante empresa integrada, construída em torno dos abundantes recursos locais de lítio e mica em nuvem de rubídio, que desenvolveu uma tecnologia avançada de extração de lítio a partir de mica em nuvem, capaz de superar os desafios tradicionais da indústria de extração, como o alto consumo de energia e a baixa taxa de recuperação. A empresa conta com o apoio de uma matriz com recursos tecnológicos avançados e atua na cadeia de valor de materiais de lítio e sistemas de baterias como fornecedora verticalmente integrada.

O processo de produção de carbonato de lítio de grau de bateria utiliza fornos túnel para a sinterização em alta temperatura de precursores de carbonato. Esses fornos túnel, alimentados a gás natural, geram 100.000 Nm³/h de gases de combustão a 220 °C, contendo uma mistura complexa de SO₂, NOx, partículas finas, compostos de telúrio, compostos de flúor e espécies de óxido de nitrogênio, provenientes tanto da combustão em alta temperatura quanto da evaporação de contaminantes residuais das matérias-primas de carbonato. Com o endurecimento das regulamentações ambientais — particularmente após a Lei de 2024 —, Regulamentos de Gestão de Licenças de Descarga de Poluentes e com a política de controle de emissões alinhada à UE — a exigência de que os gases de exaustão dos fornos túnel de carbonato de lítio atinjam a conformidade com os padrões de emissão ultrabaixos tornou-se inevitável.

Sistema de redução de pluma magnética em modo de espera fechado, mostrando pluma branca visível da chaminé de exaustão do forno túnel de carbonato de baterias de lítio antes da ativação do sistema integrado de purificação de gases de combustão.

“Os gases residuais do forno túnel de carbonato de baterias de lítio apresentam um desafio único de controle de múltiplos poluentes: a presença simultânea de SO₂, NOx, compostos de telúrio, fluoreto e material particulado fino, combinada com uma pluma branca proveniente da exaustão pós-lavagem com alta umidade, exige cinco tecnologias de tratamento distintas operando em sequência coordenada. Nenhuma tecnologia isolada consegue lidar com todas essas categorias de poluentes.”

— Resumo Técnico de Engenharia, Projeto de Purificação de Gases de Combustão da Indústria de Baterias de Lítio para Novas Energias


02 — Perfil de Poluição

Emissões de gases de fornos túnel: sete categorias simultâneas de poluentes, incluindo recuperação de telúrio e fluoreto.

O forno túnel de carbonato para baterias de lítio é alimentado por gás natural com uma taxa de consumo de aproximadamente 1.000 m³/h. O forno gera 100.000 Nm³/h (180.000 Nm³/h em condições de processo) de gases de exaustão a 220 °C. Os gases de exaustão contêm simultaneamente as seguintes categorias de poluentes regulamentados:

  • SO₂ com concentração inicial de 100–500 mg/Nm³ (A variação reflete a variabilidade da matéria-prima carbonática entre lotes). Saída alvo: ≤80 mg/Nm³ via FGD de calcário-gesso com eficiência de remoção de 84%. A ampla faixa de entrada significa que o sistema FGD deve ser dimensionado para o cenário máximo de 500 mg/Nm³.
  • NOx a 30–50 mg/Nm³Ao contrário das caldeiras industriais ou fornos de fundição, que apresentam concentrações de NOx muito mais elevadas, o NOx em fornos túnel está em níveis relativamente moderados, mas ainda deve atender ao limite de ≤80 mg/Nm³. A desnitrificação por COA (Oxidação de Dióxido de Cloro ou Absorção por Oxidação Catalítica) atinge a eficiência de remoção 60% nessa faixa de concentração.
  • Material particulado (MP) a 30–50 mg/Nm³Saída alvo: ≤20 mg/Nm³. Partículas finas de carbonato e óxido provenientes do processo de sinterização. O precipitador eletrostático úmido atinge a remoção de poeira 60%, juntamente com os demais efeitos de polimento de material particulado (MP) das etapas de lavagem. Eficiência real de remoção de poeira em todo o sistema: aproximadamente 69%.
  • Compostos de telúrio (Te) a 0,5–10 mg/Nm³Saída alvo: ≤0,05 mg/Nm³. O telúrio é um elemento raro estrategicamente crítico, presente como impureza residual em algumas matérias-primas de carbonato de lítio, que evapora durante a sinterização em alta temperatura e deve ser capturado para recuperação e controlado para um limite de emissão extremamente baixo. O estágio de lavagem da torre de enchimento (torre de empacotamento) atinge uma eficiência de remoção de telúrio de 99,51 TP3T, recuperando o telúrio para reutilização.
  • Fluoreto (HF) a 0,16–20 mg/Nm³. Saída alvo: ≤6 mg/Nm³. A ampla faixa de entrada reflete a variabilidade no teor de fluoreto da matéria-prima. A lavagem com calcário forma fluoreto de cálcio insolúvel durante o FGD, contribuindo para a remoção de fluoreto juntamente com os estágios de lavagem de gases ácidos.
  • Névoa ácida (névoa) a 23–30 mg/Nm³Saída alvo: ≤15 mg/Nm³. Gotículas finas de aerossol ácido provenientes dos estágios de lavagem devem ser capturadas antes da descarga final. O precipitador eletrostático úmido proporciona a remoção da névoa ácida juntamente com o polimento de partículas finas. Eficiência de remoção da névoa ácida: 70%.
  • pluma branca visívelO gás de exaustão pós-lavagem é saturado com vapor de água e aerossóis residuais a aproximadamente 40 °C. Uma combinação de precipitador eletrostático úmido e sistema de redução magnética de plumas (MPA) proporciona o polimento final para alcançar uma descarga invisível em todas as condições ambientais.
Parâmetro Concentração inicial Outlet (Design) Limite IED/NER da UE
NOx 30–50 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ IED 2010/75/UE: 100 mg/Nm³ (combustão)
SO₂ 100–500 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ Decreto de Atividades Holandês NER
Material particulado (MP) 30–50 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ Decreto de Atividades Holandês NER ≤5 mg/Nm³
Telúrio (Te) 0,5–10 mg/Nm³ ≤0,05 mg/Nm³ metais pesados ​​IED BAT
Fluoreto (HF) 0,16–20 mg/Nm³ ≤6 mg/Nm³ IED 2010/75/UE HF BAT
névoa ácida (névoa) 23–30 mg/Nm³ ≤15 mg/Nm³ BATERIA IED
pluma branca visível Presente Nenhum (invisível) Nenhuma pluma branca visível
Volume nominal (padrão) de gases de combustão 100.000 Nm³/h
volume de gases de combustão do processo 180.000 Nm³/h (nas condições)
Temperatura dos gases de combustão (saída do forno) 220°C

03 — Solução de Tratamento

Sistema de purificação integrado de cinco estágios com recuperação de telúrio e eliminação de pluma branca.

O sistema de tratamento integrado foi projetado para abordar todas as sete categorias de poluentes em uma sequência coordenada de cinco etapas. Em vez de tratar cada poluente isoladamente, o sistema explora os benefícios da captura cruzada de cada etapa e coordena a química dos reagentes de forma que os subprodutos da reação de uma etapa contribuam para a eficiência da etapa seguinte.

Etapa 1: Pré-resfriamento na entrada do ventilador de tiragem induzida

Um aditivo de água de resfriamento é aplicado na entrada do ventilador de tiragem induzida para reduzir a temperatura dos gases de combustão de 220°C para aproximadamente 120°C, evitando que os materiais anticorrosivos excedam sua temperatura nominal em todo o equipamento de tratamento a jusante e protegendo os componentes internos do lavador úmido contra danos térmicos.

Etapa 2: Torre de Enchimento de Primeiro Estágio (Torre de Embalagem — Remoção de Telúrio e Fluoreto)

O gás a aproximadamente 120 °C entra na torre de enchimento do primeiro estágio, onde entra em contato com o licor de lavagem recirculante. Nessa torre, os compostos de telúrio e o fluoreto presentes no gás reagem com a água, formando compostos solúveis que são absorvidos pelo líquido de lavagem. À medida que o nível do líquido circulante na torre de enchimento sobe gradualmente, parte da água residual contendo telúrio e fluoreto é transferida para o tanque de ajuste de espessamento/dessalinização por bombas de transferência. Essa água residual primária contendo telúrio, combinada com fluoreto de cálcio adicionado, sofre uma reação: a adição de fluoreto de cálcio causa a precipitação do mesmo, e o líquido é posteriormente processado por filtração sob pressão para obter a separação sólido-líquido, removendo o fluoreto solúvel em água e possibilitando a reciclagem da água. A chave para essa etapa é o controle do pH no líquido recirculante da torre de enchimento (torre de remoção de telúrio), o ajuste simultâneo da operação da bomba de circulação com base na temperatura do gás de combustão e no teor de compostos de telúrio, e a regulação das quantidades de telúrio e promotor adicionados. A torre de enchimento atinge uma eficiência de remoção de telúrio de 99,5% e uma eficiência de remoção de fluoreto de 70%.

Etapa 3: Sistema de Desnitrificação COA

O gás pós-lavagem retorna ao sistema de desnitrificação COA (Oxidação com Dióxido de Cloro / Absorção Oxidativa Catalítica). Nesse ponto, o gás de combustão ainda contém NOx oxidável. O mecanismo de desnitrificação COA oxida o NO (pouco solúvel em água) a NO₂ (altamente solúvel em água) usando dióxido de cloro como oxidante, permitindo que a subsequente absorção por lavagem úmida alcance uma remoção significativa de NOx, algo que a lavagem convencional com água ou álcali sozinha não consegue. O sistema COA atinge a eficiência de desnitrificação 60%, reduzindo o NOx de 30–50 mg/Nm³ na entrada para ≤80 mg/Nm³ na saída. Após a desnitrificação por COA, o gás segue para o estágio de dessulfurização de gases de combustão (FGD) para remoção do dióxido de enxofre.

Etapa 4: Torre FGD de calcário-gesso (φ4,6 m, 202.000 Nm³/h)

O gás pós-COA entra na torre de dessulfurização de gases de combustão (FGD) de calcário-gesso para remoção de SO₂. A torre FGD atinge uma eficiência de dessulfurização de 84%, reduzindo o SO₂ de 100–500 mg/Nm³ para ≤80 mg/Nm³. Parâmetros principais: diâmetro interno da torre φ4,6 m; relação líquido/gás 15,5; 3 camadas de pulverização; vazão da bomba única 600 m³/h; tempo de decantação da lama 5 h; consumo operacional de calcário 65 kg/h (uso máximo); produção de gesso 131 kg/h (produção máxima); teor de umidade do gesso ≤15%; eliminador de névoa do primeiro estágio tipo tela de 2 camadas; eliminador de névoa do segundo estágio tipo tela de 1 camada + 1 conjunto de eliminador de névoa com feixe de tubos; capacidade de armazenamento intermediário de calcário 10 m³ com autonomia de 7 dias. O gesso, subproduto da reação de dessulfurização de gases de combustão (FGD), é desidratado e pode ser reutilizado como material de construção.

Etapa 5: Precipitador Eletrostático Úmido (WESP) + Redução Magnética da Pluma

O gás pós-FGD, contendo partículas finas residuais, gotículas de névoa ácida e vapor de água saturado, entra no precipitador eletrostático úmido (modelo BLSD360-64, configuração externa em torre, entrada inferior/exaustão superior). O WESP aplica um campo de alta tensão (gerador BLEMG-2K, potência média de 80 kW, eficiência de purificação ≥95%) para ionizar as partículas finas residuais de aerossol e a névoa ácida, migrando-as para o eletrodo de coleta. Concentração de poluentes mistos na entrada: 100 mg/m³; na saída: 5 mg/m³. Dimensões do equipamento: 6.200×7.200 mm (planta); altura: 17.900 mm; resistência do sistema: 350 Pa; pressão de projeto: ±5.000 Pa; temperatura de operação: <40°C. A função de Redução Magnética da Pluma do gerador BLEMG-2K proporciona a eliminação final da pluma branca após o WESP realizar o polimento profundo do fluxo de gás, garantindo uma descarga invisível na chaminé.

Túnel
Forno
220°C
Pré-resfriamento
→120°C
Fã das Forças de Defesa de Israel
Torre de enchimento ⭐
Remoção de Te + F⁻
99.5% / 70%
COA ⭐
Desnitrificação
60% NOx
FGD ⭐
Calcário
84% SO₂
WESP+MPA ⭐
PM/Névoa/Pluma
≥95%
Limpar
Pilha

⭐ Equipamentos novos ou atualizados neste projeto

Fluxograma do processo de purificação de gases de combustão com múltiplos poluentes para tratamento de gases residuais de forno túnel de carbonato de bateria de lítio, mostrando etapas de pré-resfriamento, torre de enchimento, remoção de telúrio, desnitrificação de COA, dessulfurização de gases de combustão com calcário-gesso e precipitador eletrostático úmido com redução da pluma magnética.

Desenhos de elevação da fachada de um sistema integrado de purificação de gases de combustão com múltiplos poluentes para a produção de carbonato de lítio em forno túnel de produção de novas energias, mostrando a configuração do lavador de gases de combustão (FGD) da torre de enchimento e do precipitador eletrostático úmido.


04 — Principais Vantagens

Por que essa arquitetura de cinco estágios é a solução ideal para o tratamento de gases residuais de fornos túnel de carbonato


  • Recuperação de telúrio com eficiência de 99,5% — um ativo de receita, não apenas uma obrigação de conformidade: O telúrio é um elemento raro, estrategicamente crítico e comercialmente valioso. Com uma eficiência de remoção de 99,51 TP3T para concentrações de entrada de 0,5 a 10 mg/Nm³, o estágio da torre de enchimento recupera o licor de lavagem rico em telúrio que, após precipitação com fluoreto de cálcio e filtração sob pressão, pode ser processado para recuperar o telúrio para reutilização na fabricação de materiais para baterias. A obrigação de conformidade de capturar telúrio a ≤0,05 mg/Nm³ simultaneamente cria uma oportunidade de recuperação de recursos que compensa parcialmente o custo operacional (OPEX) do sistema de tratamento.

  • A desnitrificação por COA permite a remoção de NOx que a lavagem úmida convencional não consegue: A lavagem alcalina úmida padrão absorve NO₂, mas não absorve NO, que representa de 90 a 951 TP3T do NOx em fornos túnel. O sistema COA oxida NO a NO₂ usando dióxido de cloro antes da etapa de absorção úmida, possibilitando uma eficiência de remoção de NOx de 601 TP3T, inatingível apenas com a lavagem úmida padrão. Essa abordagem elimina a necessidade de um leito catalítico SCR separado, que exigiria condicionamento de gás em alta temperatura e adicionaria custos de capital e queda de pressão significativos para as concentrações relativamente moderadas de NOx nessa aplicação.

  • Reação-coagulação-sedimentação integradas para águas residuais contendo telúrio — Descarga líquida zero de compostos perigosos: O licor de lavagem contendo telúrio e fluoreto proveniente da torre de enchimento é processado por meio de uma cadeia combinada abrangente de reação-coagulação-sedimentação: adição de fluoreto de cálcio para precipitação do fluoreto, coagulação, filtração sob pressão para separação sólido-líquido, e o filtrado é reciclado de volta para o sistema. Isso elimina o descarte contínuo de águas residuais contaminadas com telúrio, permite a reciclagem da água e garante que o telúrio seja recuperado como um produto sólido, em vez de ser descartado no sistema de esgoto.

  • Vantagens do processo FGD de calcário-gesso para aplicações de carbonato de lítio: O processo de calcário-gesso foi selecionado por suas sete vantagens específicas: (1) baixo consumo de energia; (2) o subproduto gesso pode ser gerenciado sem poluição secundária; (3) pequena área ocupada e projeto de fluxo racional; (4) otimização por simulação computacional para baixa resistência e eficiência energética; (5) projeto de baixa velocidade do gás para absorção uniforme; (6) a matéria-prima calcário é abundante, de fácil obtenção e baixo custo; (7) os componentes internos da torre utilizam pulverização em contracorrente e um projeto de eliminador de névoa para reduzir a deposição nas paredes da torre. A química do calcário-gesso também é compatível com o teor de fluoreto das matérias-primas carbonáticas, capturando o fluoreto como fluoreto de cálcio insolúvel dentro do circuito de lama do FGD, em vez de liberá-lo no efluente de gesso.

  • O precipitador eletrostático úmido realiza polimento profundo por hidrólise preventiva e remoção de névoa ácida simultaneamente: O BLSD360-64 WESP (modelo BLEMG-2K) combina a captura eletrostática de partículas e a redução magnética da pluma em uma única unidade. O campo de alta tensão ioniza as partículas finas residuais (incluindo os finos cristais de sulfato de cálcio do estágio de dessulfurização de gases de combustão que passam pelo eliminador de névoa) e as captura no eletrodo de coleta, simultaneamente à captura das gotículas residuais de névoa ácida e do aerossol de água que geram a pluma branca visível. A eficiência de purificação combinada ≥95% proporciona uma concentração de poluentes mistos na saída de 5 mg/m³ e elimina a pluma branca visível em um único estágio.

  • Reinício automático com um único botão e controle de feedback em tempo real reduzem a carga de trabalho do operador e o risco de erros de resposta: Cada torre e tanque do sistema está equipado com medidores de nível de líquido que fornecem feedback em tempo real ao sistema de controle, interligando automaticamente as válvulas de entrada de água e as bombas. O feedback do preparo da solução de ureia e da decomposição térmica da ureia para o sistema de controle permite a função de reinicialização automática com um único botão, reduzindo o risco de erro do operador durante as reinicializações do sistema, que são os períodos de maior risco de descumprimento dos padrões de conformidade em sistemas de alta carga variável.

05 — Resultados Operacionais

Dados de conformidade verificados: todos os sete parâmetros abaixo dos limites IED da UE / NER holandês.

≤80 mg
Saída de SO₂ (limite de 80)
remoção de 84%
≤80 mg
Saída de NOx (limite 80)
Remoção de COA 60%
≤20 mg
Ponto de venda PM (limite de 20)
69% remoção de poeira
≤0,05 mg
A saída (limite 0,05)
Recuperação de telúrio 99,5%
≤6 mg
Saída HF (limite de 6)
70% remoção de flúor
1.047 kW
potência de funcionamento real
(máx.: 1.186 kW)

A potência máxima instalada do sistema completo é de 1.186,67 kW; a potência operacional real é de 1.047,52 kW. Com operação contínua de 24 horas e custo de 0,36 RMB/kWh, o custo diário de eletricidade é de 9.050,57 RMB; considerando 8.000 horas de operação anuais, o custo anual de eletricidade é de aproximadamente 301.683,76 RMB (diferença entre o valor da água e o custo da água). Custo anual de água: aproximadamente 8 RMB (diferença entre o valor da água e o custo da água) (4,66 t/h a 2 RMB/t). Custo anual de calcário: aproximadamente 15,36 RMB (diferença entre o valor da água e o custo da água) (64 kg/h a 300 RMB/t).

Cenários de aplicação de um sistema de purificação de gases de combustão com múltiplos poluentes em uma nova instalação de produção de carbonato de lítio para baterias, mostrando a instalação completa com desnitrificação de COA na torre de enchimento, um lavador de gases de combustão (FGD) e um precipitador eletrostático úmido, resultando em uma descarga de chaminé limpa e invisível.


06 — Precauções de Implementação

Lições críticas de engenharia e operacionais para o tratamento de gases residuais de fornos de carbonato de lítio

  • ⚠️
    As flutuações na temperatura dos gases de combustão e no SO₂ são a principal causa de instabilidade na descarga do sistema — assegure uma comunicação operacional estreita entre a equipe do forno e a sala de controle do tratamento: O principal risco operacional documentado são as flutuações na temperatura dos gases de combustão e na concentração de SO₂. A concentração de SO₂ na entrada pode variar de 100 a 500 mg/Nm³, dependendo do lote da matéria-prima carbonatada. Um protocolo formal de notificação prévia para alterações planejadas na produção que afetem a composição ou o volume do gás deve ser estabelecido e aplicado. Um aviso prévio de no mínimo 15 minutos para qualquer alteração nos parâmetros de operação do forno permite que o sistema de controle de dessulfurização de gases de combustão (FGD) pré-posicione a dosagem do reagente antes que a alteração na concentração entre no absorvedor.
  • ⚠️
    O controle do pH na torre de enchimento (torre de remoção de telúrio) é o parâmetro operacional mais sensível: A chave para o desempenho da remoção de telúrio é o controle do pH no líquido de recirculação da torre de enchimento, simultaneamente ao ajuste da operação da bomba de circulação com base na temperatura dos gases de combustão e no teor de compostos de telúrio. Se o pH sair da faixa ideal de absorção, a eficiência da remoção de telúrio cai rapidamente, resultando em uma ultrapassagem dos limites de conformidade e perda do valor de recuperação. Implemente o monitoramento contínuo do pH com pontos de alarme definidos nos limites inferior e superior da faixa de pH alvo, com intertravamento automático para adição de água fresca quando o pH subir acima do limite máximo estabelecido.
  • ⚠️
    O monitoramento da temperatura de entrada da torre de enchimento (lavador primário) e da torre de dessulfurização de gases de combustão (FGD) deve fornecer informações ao sistema de controle para proteger os equipamentos subsequentes: O monitoramento da temperatura nas entradas da torre de dessulfurização (FGD) do primeiro e do segundo estágios deve ser conectado ao sistema de controle com capacidade de feedback automático. A temperatura do gás medida ajusta os parâmetros de operação do equipamento e os pontos de ajuste do processo em tempo real, protegendo os materiais anticorrosivos de excederem sua temperatura nominal e garantindo que a química da FGD opere dentro da faixa de temperatura ideal para a dissolução do calcário e a oxidação do sulfito de cálcio.
  • ⚠️
    Vazamentos em tubulações durante o processo de produção representam um risco operacional secundário — o ambiente gasoso corrosivo acelera a degradação de juntas e vedações: A combinação de gases ácidos e compostos de telúrio cria um ambiente corrosivo agressivo para todas as tubulações em contato com o fluido. Implemente inspeções visuais semanais em todas as conexões de tubos e válvulas, com atenção especial às faces dos flanges, foles de juntas de expansão e selos mecânicos das bombas. Mantenha um estoque de peças de reposição para todos os trechos críticos da tubulação. A substituição emergencial de trechos de tubulação deve ser possível em até 4 horas para evitar que a interrupção da produção se estenda além do período de manutenção planejado.
  • ⚠️
    As águas residuais contendo telúrio provenientes da torre de enchimento devem ser tratadas como resíduos perigosos até que a concentração de telúrio no efluente seja confirmada como inferior ao limite estabelecido: O telúrio é classificado como substância perigosa segundo o regulamento REACH da UE em concentrações acima dos valores limite ambientais. As águas residuais da reação na torre de enchimento contêm compostos de telúrio dissolvidos e sólidos de fluoreto de cálcio que devem ser caracterizados por análise laboratorial antes de qualquer descarte ou reutilização ser confirmada. O produto sólido da filtração sob pressão (torta de telureto de cálcio/fluoreto de cálcio) deve ser classificado da mesma forma antes do descarte ou reutilização.
  • ⚠️
    O sistema de alta tensão (80 kV) da WESP exige protocolos rigorosos de segurança elétrica e controles de acesso de pessoal: O precipitador eletrostático úmido opera com alta tensão de aproximadamente 80 kV. Todo o acesso de pessoal à zona WESP deve ser regido por um procedimento formal de bloqueio/etiquetagem (LOTO) com isolamento físico por intertravamento com chave da fonte de alimentação de alta tensão antes de qualquer entrada. A inspeção anual de segurança elétrica por uma organização de testes elétricos certificada é exigida pelas normas holandesas de instalações elétricas (NEN 3140). O sistema SCADA do gerador BLEMG-2K deve incluir um intertravamento de segurança de pessoal verificado que impeça a energização de alta tensão quando a porta de acesso estiver aberta.

07 — Principais conclusões de engenharia

Quatro lições aprendidas neste projeto de purificação de gases de combustão de carbonato de baterias de lítio

  • 1
    Os requisitos de conformidade regulamentar e as oportunidades de recuperação de recursos não são alternativas — podem ser concebidos para se reforçarem mutuamente. O requisito de captura de telúrio (saída ≤0,05 mg/Nm³) impulsiona simultaneamente uma recuperação de telúrio 99,5% do fluxo de gases residuais. O telúrio recuperado tem valor de reutilização direta na fabricação de materiais para baterias. Projetos que enquadram os requisitos de conformidade exclusivamente como obrigações de custo perdem a oportunidade econômica de recuperar compostos comercialmente valiosos que as regulamentações exigem que sejam capturados de qualquer forma. Telúrio, fluoreto, gesso e recuperação de calor são exemplos deste projeto em que o requisito de conformidade e a oportunidade de recuperação de recursos estão alinhados.
  • 2
    A desnitrificação oxidativa por COA é a tecnologia apropriada para concentrações moderadas de NOx (30–50 mg/Nm³) em aplicações de lavagem úmida, onde o SCR seria superdimensionado. Quando a concentração de NOx na entrada for inferior a 100 mg/Nm³ e o sistema de tratamento já incluir estágios de lavagem úmida, a desnitrificação por COA (remoção de 60%, sem necessidade de leito catalítico, operável nas temperaturas de operação do lavador) é mais adequada do ponto de vista econômico e operacional do que a SCR (que requer controle de temperatura entre 350 e 400 °C, aquisição e substituição de catalisadores e sistema de injeção de amônia ou ureia). A decisão de seleção da tecnologia deve ser orientada pelo nível específico de concentração de NOx e pelo contexto do sistema de tratamento, e não pela familiaridade do autor da especificação com uma tecnologia em particular.
  • 3
    Amplas faixas de concentração de poluentes na entrada exigem que o sistema seja dimensionado para o pior cenário, e não para a média. A faixa de entrada de SO₂ de 100–500 mg/Nm³ representa uma variação de 5 vezes entre o mínimo e o máximo. Um sistema dimensionado para a média (por exemplo, 300 mg/Nm³) com eficiência de remoção de 84% atingiria uma saída de 48 mg/Nm³ em condições médias, mas 80 mg/Nm³ — exatamente no limite — durante picos de 500 mg/Nm³, sendo que qualquer imperfeição operacional resultaria em uma ultrapassagem do limite de conformidade. A base de projeto correta é sempre a concentração máxima de entrada; a margem de conformidade durante períodos de concentração média é a reserva projetada contra a variabilidade operacional.
  • 4
    Aproveitar a infraestrutura de processos existente em vez de projetar um sistema de tratamento do zero reduz os custos de capital e as interrupções na instalação. Este projeto foi construído sobre a estrutura tecnológica e a infraestrutura de processos existentes da instalação, otimizando os pontos de integração entre os novos estágios de tratamento e os equipamentos existentes, em vez de substituir a infraestrutura funcional. A principal disciplina de engenharia consiste em caracterizar corretamente a contribuição da infraestrutura existente (vazões, temperaturas, pressões, química) e projetar apenas a capacidade de tratamento incremental que o sistema existente não consegue fornecer. Essa abordagem normalmente reduz o custo de capital do projeto em 20–35% em comparação com o projeto de um sistema de tratamento totalmente novo.

08 — Perguntas Frequentes

Tratamento de gases de exaustão em fornos túnel de carbonato para baterias de lítio: dez perguntas respondidas

Perguntas de gestores de licenças ambientais, engenheiros de produção de materiais para baterias e equipes de sustentabilidade em instalações de fabricação de carbonato de lítio e material ativo de cátodo, que planejam melhorias na purificação de gases de combustão de acordo com os requisitos do Decreto de Atividades da UE/Decreto de Atividades Holandês.

Q1. Por que a desnitrificação por COA é usada em vez de SCR para o NOx nesta aplicação?
A SCR exige que o gás esteja a uma temperatura de 350–400 °C para uma reação catalítica eficaz. O gás residual do forno túnel de carbonato de lítio já foi pré-resfriado a aproximadamente 120 °C antes das etapas de tratamento. Reaquecer o gás até a temperatura de operação da SCR acarretaria um aumento significativo no consumo de energia e no custo de capital do trocador de calor. A desnitrificação por COA opera em temperaturas de lavagem ambiente (30–70 °C), não requer leito catalítico e atinge a remoção de NOx conforme a norma 60% na faixa de concentração de entrada de 30–50 mg/Nm³ desta aplicação — o que é suficiente para atender ao limite de saída de ≤80 mg/Nm³. Para concentrações de NOx mais elevadas (acima de 200 mg/Nm³), a SCR proporcionaria melhor eficiência de remoção e poderia ser preferível, apesar do custo de gerenciamento de temperatura; na faixa de 30–50 mg/Nm³, a COA é a opção mais econômica e operacionalmente adequada.
Q2. O que acontece com o telúrio recuperado no líquido de lavagem da torre de enchimento?
O licor de lavagem contendo telúrio, proveniente da torre de enchimento, é transferido para um tanque de ajuste de espessamento/dessalinização, onde é adicionado fluoreto de cálcio. A adição de fluoreto de cálcio causa a precipitação do fluoreto (capturando o fluoreto da solução) e também promove a coagulação dos compostos de telúrio. A pasta resultante passa por filtração sob pressão para separação sólido-líquido, produzindo uma torta sólida contendo compostos concentrados de telúrio e sólidos de fluoreto de cálcio. Essa torta é um insumo comercial para operações de recuperação e refino de telúrio. O filtrado clarificado é reciclado de volta para a torre de enchimento como licor de lavagem de reposição, alcançando a reciclagem interna de água. Antes de qualquer descarte ou via de reutilização ser confirmada, a concentração de telúrio no filtrado deve ser medida e confirmada como estando abaixo do limite ambiental aplicável de acordo com o regulamento REACH da UE.
P3. Qual é o quadro de conformidade para os gases de exaustão dos fornos de carbonato de lítio de acordo com os regulamentos da UE sobre emissões de gases de efeito estufa e os regulamentos holandeses?
As instalações de produção de carbonato de lítio nos Países Baixos estão abrangidas pela Diretiva de Emissões Industriais da UE (IED 2010/75/UE) como instalações do setor químico inorgânico. As conclusões aplicáveis ​​sobre as Melhores Técnicas Disponíveis (BAT, na sigla em inglês) estabelecem valores-limite de emissão para SO₂, NOx, poeira, HF e metais pesados, incluindo telúrio. As licenças ambientais holandesas são emitidas ao abrigo do Decreto de Atividades (Activiteitenbesluit milieubeheer) e da Lei Ambiental (Omgevingswet), com limites específicos para cada local definidos pelo Serviço Ambiental (Omgevingsdienst) a nível provincial. O telúrio e o fluoreto estão sujeitos a condições específicas de licenciamento como substâncias perigosas ao abrigo do regulamento REACH da UE (CE) n.º 1907/2006. Os requisitos do Sistema de Monitorização Contínua de Emissões (CEMS, na sigla em inglês) ao abrigo das licenças holandesas para a produção de produtos químicos inorgânicos incluem a monitorização contínua de SO₂, NOx, PM, HF e O₂, com amostragem periódica para metais pesados ​​e outros parâmetros específicos do setor. Todos os sistemas CEMS devem ser certificados de acordo com as normas EN 14181 QAL1/QAL2/AST e conectados ao sistema de relatórios da autoridade competente.
Q4. Como o sistema FGD de calcário-gesso lida com a faixa de concentração de entrada de SO₂ de 100–500 mg/Nm³?
O sistema FGD foi projetado para a condição de entrada máxima de SO₂ (500 mg/Nm³) com a eficiência de remoção alvo 84%, atingindo uma saída de ≤80 mg/Nm³ nessa condição crítica. Quando a entrada real de SO₂ é menor (100 mg/Nm³), o sistema atinge uma saída de ≤16 mg/Nm³ — uma margem de conformidade maior. Os analisadores de SO₂ online, tanto na entrada quanto na saída do FGD, monitoram continuamente a concentração, permitindo que a taxa de dosagem da pasta de calcário seja ajustada dinamicamente conforme a concentração de entrada varia. A capacidade de armazenamento de calcário proporciona autonomia de 7 dias, garantindo que interrupções temporárias no fornecimento não afetem a conformidade. Na carga máxima de SO₂, o consumo de calcário é de 65 kg/h e a produção de gesso é de 131 kg/h; essas taxas são proporcionais à concentração real de SO₂ na entrada.
Q5. Quais devem ser os custos operacionais anuais previstos no orçamento para este sistema de tratamento integrado?
As principais categorias de custos operacionais anuais são: (1) Eletricidade: 1.047,52 kW de potência operacional real, considerando 8.000 horas anuais e o equivalente a 0,36 RMB/kWh, aproximadamente o equivalente a 301,7 milhões de RMB; (2) Água: consumo de 4,66 t/h, aproximadamente o equivalente a 8 milhões de RMB; (3) Calcário: 64 kg/h a 300 RMB/t, aproximadamente o equivalente a 15,36 milhões de RMB; (4) Reagente COA (dióxido de cloro ou equivalente): a ser calculado a partir da taxa de consumo específica do reagente COA e do preço de mercado atual; (5) Peças de reposição: enchimento da torre (a cada 3 anos), inspeção dos bicos do eliminador de névoa do FGD (anualmente), limpeza dos eletrodos de coleta do WESP (a cada 6 meses), selos mecânicos da bomba (anualmente). As vendas da recuperação de telúrio compensam parte desses custos, e as vendas do subproduto gesso fornecem um crédito adicional.
Q6. A mesma arquitetura de sistema pode ser aplicada a outros processos de produção de materiais para baterias de lítio (cátodo LFP, cátodo NMC, etc.)?
Sim, com modificações específicas para cada processo. A produção de cátodos de fosfato de ferro-lítio (LFP) gera gases residuais com teor significativo de compostos de fósforo (provenientes da matéria-prima fosfática), o que exige uma química de lavagem modificada no primeiro estágio para capturar os compostos de fosfato antes do estágio de dessulfurização de gases de combustão (FGD). A produção de cátodos de NMC (níquel-manganês-cobalto) gera gases residuais com teor de metais pesados, como níquel e cobalto, o que exige uma química de lavagem úmida otimizada para a captura e recuperação desses metais. A arquitetura geral de cinco estágios — pré-resfriamento, lavagem na torre de enchimento do primeiro estágio para recuperação de metais específicos, desnitrificação oxidativa, FGD com calcário-gesso e lavagem úmida com eliminação de pluma — é transferível para outras aplicações de fornos de materiais catódicos, mas a química de lavagem do primeiro estágio deve ser adaptada ao perfil específico de elementos-traço de cada tipo de material catódico.
Q7. Como o subproduto de gesso da etapa de FGD é gerenciado para atender aos regulamentos ambientais da UE?
O gesso FGD (sulfato de cálcio di-hidratado) produzido a uma taxa máxima de até 131 kg/h é desidratado até um teor de umidade inferior a 151 TP3T antes da transferência. Para o gesso FGD proveniente de processos industriais que não sejam de geração de energia, a classificação como subproduto ou resíduo depende do atendimento aos critérios do Regulamento de Subprodutos da UE e às normas de qualidade aplicáveis. Se for comprovado que o gesso atende aos requisitos de pureza da norma EN 13279-1 (aglomerantes de gesso) e não contém contaminantes regulamentados (incluindo fluoreto proveniente da matéria-prima carbonato de lítio) em concentrações acima dos níveis limite, ele pode ser classificado como subproduto e vendido para o setor de materiais de construção. Se houver fluoreto ou outros contaminantes acima do limite, o gesso deve ser gerenciado como resíduo industrial por uma empresa licenciada.
Q8. Quais são os requisitos de segurança elétrica aplicáveis ​​ao precipitador eletrostático úmido de acordo com as normas holandesas?
A WESP opera com aproximadamente 80 kV de alta tensão, o que a classifica como uma instalação elétrica de alta tensão de acordo com as normas holandesas NEN 3140 (regras para trabalhos em ou perto de instalações elétricas, baixa tensão) e NEN 3840 (alta tensão). Todo o pessoal que possa acessar a zona da WESP deve possuir a certificação NEN 3140/3840 apropriada e deve seguir o procedimento documentado de bloqueio e etiquetagem (LOTO) antes de qualquer entrada. A fonte de alimentação de alta tensão deve estar equipada com um sistema de intertravamento físico com chave, impedindo a energização quando a porta de acesso estiver aberta. É necessária uma inspeção anual por uma organização certificada em testes elétricos, e qualquer trabalho de manutenção nos componentes de alta tensão deve ser realizado por um eletricista de alta tensão certificado ou sob sua supervisão direta.
Q9. Como o sistema lida com a pluma branca visível proveniente dos gases de escape saturados pós-FGD?
O gás de exaustão pós-FGD sai do lavador de gases a aproximadamente 40 °C, saturado com vapor de água e carregando gotículas finas de aerossol residuais e névoa ácida. Esse gás produziria uma pluma branca visível e persistente na chaminé na maioria das condições ambientais, sem tratamento adicional. O precipitador eletrostático úmido (WESP) com gerador magnético BLEMG-2K integrado oferece dois mecanismos para a eliminação da pluma branca: (1) precipitação eletrostática de partículas finas de aerossol e gotículas de névoa ácida que servem como núcleos de condensação para a formação da pluma branca visível; e (2) função de atenuação magnética da pluma que captura moléculas de vapor de água saturadas e aerossóis submicrométricos residuais por meio do gradiente de campo magnético. A combinação resulta em uma descarga invisível na chaminé em todas as condições normais de operação, com a concentração de poluentes mistos na saída do WESP em 5 mg/m³.
Q10. Existem instalações de referência em outras fábricas de produção de materiais para baterias de lítio que podem ser visitadas?
Sim. A tecnologia integrada de purificação de gases de combustão implantada nesta fábrica de carbonato de lítio para baterias foi aplicada em instalações semelhantes de produção de novos materiais energéticos. Visitas técnicas podem ser agendadas para clientes em potencial qualificados, incluindo acesso a dados verificados de conformidade com o CEMS (Sistema de Gestão de Energias Renováveis), documentação de recuperação de telúrio e registros de experiência operacional. Utilize o link de contato abaixo para solicitar documentação de referência ou para agendar uma visita a uma instalação semelhante de purificação de gases de combustão de fornos de materiais para baterias de lítio.

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Este estudo de caso baseia-se na implementação real de uma tecnologia integrada de purificação de gases de combustão com múltiplos poluentes em uma nova unidade de produção de carbonato de lítio para baterias. Os parâmetros técnicos foram extraídos de registros de engenharia verificados e dados de monitoramento de conformidade. Os resultados de cada projeto podem variar dependendo da composição da matéria-prima, das condições de operação do forno túnel e da legislação aplicável. As referências regulatórias refletem a Diretiva de Emissões Industriais da UE 2010/75/UE e o Decreto de Atividades Holandês (Activiteitenbesluit milieubeheer) aplicáveis ​​nos Países Baixos.