BR0215975B1

BR0215975B1 - processo para briquetagem e peletização a frio de minérios ferrosos ou não ferrosos ou finos de minério, briquete e pelota produzidos de acordo com o mesmo.

Info

Publication number: BR0215975B1
Application number: BRPI0215975-9A
Authority: BR
Inventors: Bansidhar Nayak; Vibhuki K Mishra
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2012-02-22
Also published as: AU2002353283A1; EP1579016B1; CN1720340A; EP1579016A1; BR0215975A; CN100580106C; WO2004050924A1; JP2006508251A

Description

"PROCESSO PARA BRIQUETAGEM E PELETIZAÇÃO A FRIO DE MINÉRIOS FERROSOS OU NÃO FERROSOS OU FINOS DE MINÉRIO, BRIQUETE E PELOTA PRODUZIDOS DE ACORDO COM O MESMO"

Campo Técnico

A presente invenção se refere a um processo para peletização e briquetagem a frio de minérios ferrosos e não ferrosos ou finos de minério por aglutinantes minerais hi- dráulicos contendo ferro para aplicação metalúrgica.

Antecedentes da Invenção

Os produtos aglomerados tais como, briquetes, pe- lotas e blocos feitos de derivados finos de óxidos e metais de ferro, calcário, dolomita, dunita carbono sólido etc. por aglutinante mineral hidráulico contendo ferro encontrará a- plicação adequada como um material de alimentação em um al- to-forno para extração de ferro, em forno de cuba de alto forno e giratório para reduzir e oxidar a ustulação e sinterização, no túnel, câmara e tipo de grade móvel de fornos para calcinação, ustulação e sinterização.

Os métodos de aglomeração de briquetagem e peleti- zação são muito bem conhecidos por converterem finos e deri- vados em pó de minério, minerais, resíduos e excreções sóli- das em fragmentos para vários usos industriais. Isto é uma prática comum em indústrias de ferro e aço para uso de mate- riais em finos contendo Fe nos fornos metalúrgicos. Muitos desenvolvimento de processos têm sido feitos para a produção de briquetes e pelotas de vários pós metalúrgicos por méto- dos a frio ou quente. Dependendo da natureza dos finos, a contaminação do óleo, associação mineral e fases estruturais de Fe, ambos os processos a frio e a quente têm sido desen- volvidos para fazer os briquetes e pelotas.

A patente japonesa No 8135.731, datada de 08 de abril de 1981 (Cl. C22 Bl/14), por Jpn, Kokai Tokkyop Koho (Sumitomo Metal Ind. Ltd.) descreve a produção de briquetes de minério de ferro a frio empregando cimento (OPC) por têm- pera em 90°C durante 24 horas e secagem em temperatura de 90°C durante 1 hora para obter resistência ao esmagamento na ordem de 256 kg.

De Souza Neto e outros, pedido de patente brasi- leiro PI 7705.932 datado de 03 de abril de 1979 (C1. C22 B1/242), descreve a briquetagem de finos de minério de ferro empregando aglutinantes, tipo cal hidratado, melaço, bento- nita, silicato de Na, cimento (OPC/pozz.), Na2S04, farinha maníaca e dextrina de alcatrão.

Nippon Kokan K.K. e outros, Patente Japonesa No. JP 60 33 319 (85 33 319) datada de 20 de fevereiro de 1985 (C1. C22 B1/14), descreve o uso de 5 a 15% de escória básica como aglutinante na preparação de briquetes de minérios fer- rosos e não ferrosos por tratamento a quente em temperatura de 5 a 200°C, e cura a vapor.

Patente japonesa No. 80.100.940 de Nippon Kokan K.K. e Kokai Tokkyo Koho datada de 1 de agosto de 1980 (C1. C22 B1/14) descreve o uso de cimento (OPC) como aglutinante na briquetagem de minério de ferro curando-se durante 3 dias em temperatura ambiente e em seguida curando a vapor em 100°C e em seguida secando em 100 a 500°C para o desenvolvi- mento da resistência. Austin Lawrence J. e outros, Patente alemã No. 2.614.452, datado de 13 de outubro de 1977 (Cl C22 Bl/244), descreve a briquetagem de poeira de Fe esponjoso com agluti- nante betuminoso tal como emulsão aquosa de óleo mineral.

Knill Kenneth G. e outros, Patente Alemã No. 2.605.215, datada em 26 de agosto de 1976 (Cl. B22 Fl/00), descreve a briquetagem de aparas de aço, rotações e poeira de sucata empregando material fibroso, cimento de alumina elevado, calcário como aglutinantes.

"Present state of sponge iron briquettes in con- sideration of the selection of the binder agent" por Maschi- nenfabril, Koeppern GmbH e Co., K-G, Hattinger Fed. Rep. Ger., MPT Metall. Plant Technol., 1981, 5(2) ilustra o uso de metassilicato de sódio, melaço, lixivia de sulfato gasto, pez e bitume como aglutinante para briquetagem a frio e a quente de pós de ferro esponjoso.

Kudryavtesev, O.M. e outros (USSR) Intensif. Pro- tesessov. Domennoi Plavki Osvoenie Pechei Bol'shogo Ob'ema, 1979 (5) 28-30 ilustra a briquetagem a quente para finos me- talizados em temperatura de 700 e 800°C.

Kiwaki Yoshihiro e outros (Onoda Cement Co., Ltd., Nippon Steel Corp.), Jpn Kokai Tokkyo Koho, a patente JP 60, 184, 642 (85, 184, 642) (Cl. C22 Bl/243) , 20 de setembro de 1985, descreve o uso de cimento (OPC) como um aglutinante para briquetagem de finos de minério de Fe.

Similarmente, o processo na produção de pelotas de Fe, Lotosh V.E. e outros, Patente USSR No. 730.844 (Cl. C22 Bl/243), 06 de maio de 1980, descreve o uso de cimento (OPC), metais terrosos e sais de cloreto como um ativador mecânico para a produção de pelotas de minério de ferro uni- das a frio.

Salykin A.A. e outros, Patente USSR No. 648.626 (Cl. C22 Bl/243), 25 de fevereiro de 1979, descreve o uso de agentes aglutinantes tipo polimetacrilamida, soda, bentonita em peletização a frio de materiais de minério de ferro.

Sasaba Minoru, Tetsu por Hogan, 1985, 71(15), 1780-6 Japão ilustra o uso de aglutinante especialmente de- senvolvido a partir de misturas de escória de LD e sedimento de alumina por fundição para a preparação de pelotas de mi- nério de ferro unidas a frio.

Furui Takeo e outros (Nippon Steel Corp.) Patente japonesa Kokai 7711103 (Cl. C22B1/14), 27 de janeiro de 1977, divulga o uso de mistura de calcário e clinquer de ci- mento como aglutinante que é misturado com o material de mi- nério de ferro por moagem para a produção de pelotas não sinterizadas.

Munrio Neil e outros (British steel Corp.) patente Ger Offen. 2, 622, 348 (Cl. C22 Bl/14), 02 de dezembro de 1976, divulga o uso de bentonita e água como aglutinante pa- ra a preparação de pelota de minério de ferro por sinteriza- ção na grade para obter as propriedades e força desejada pa- ra aplicação de BF.

As invenções mais recentes divulgam o uso de vá- rios tipos de materiais orgânicos e inorgânicos tais como cal, melaço, celulose, dextrina, resina, bentonita, argila plástica, calcário, dolomita, cimento, escórias, óleo mine- ral, alcatrão, fenol, silicato de metal terroso, cloreto e sulfatos como aglutinantes na briquetagem e peletização de finos e minérios contendo ferro por métodos a quente e a frio os quais envolvem a cura em condições atmosféricas nor- mais, sob pressão de vapor, sob o calor em temperatura de 200 a 800°C para têmpera para tornar adequado para uso em B.F.. Alguns dos processos também descrevem a sinterização de pelotas e briquetes unidos a frio em temperatura de 1200°C para uso em alto-forno. Alguns dos processos adicio- nalmente descrevem o uso de óleo contaminado por sedimentos de ferro aquecendo-se para desengorduramento e briquetagem a quente.

As desvantagens dos processos mais recentes são o uso de uma ampla variedade de materiais de aglutinação, cura a vapor, têmpera quente, sinterização e compactação a quente sob pressão na preparação de briquetes e pelotas que são in- tensivos na energia. A maioria dos aglutinantes orgânicos e inorgânicos se desune em temperatura baixa (abaixo de 600°C) e facilmente dissolve em água para que os briquetes e pelo- tas feitos fora desses aglutinadores forneçam desempenho in- satisfatório com respeito à durabilidade, resistência a umi- dade, estabilidade de volume e estabilidade térmica. Além disso, o uso de sulfato, álcali, cloreto, materiais de aglu- tinação transportando fosfato resulta em fraca sinterização e redução de briquetes e pelotas. Esses tipos de aglutinan- tes também adicionam impurezas deletérias no processo meta- lúrgico e cria a emissão de gases corrosivos e perigosos que causam a destruição da vida do forno e poluição do ar. Por- tanto existe uma necessidade de fornecer um processo que su- pere as limitações anteriormente referidas.

Objeções da Presente Invenção

O objetivo principal da presente invenção é forne- cer um processo para a briquetagem e peletização a frio de finos de minério ou minérios ferrosos e não ferrosos por a- glutinantes minerais hidráulicos contendo ferro para aplica- ção metalúrgica que previne as desvantagens como detalhados acima.

Outro objetivo da presente invenção é fornecer um processo de briquetagem e peletização que elimina o processo intensivo de energia tal como têmpera a quente, cura a va- por, tratamento térmico, prensagem a quente.

Ainda outro objetivo da presente invenção é forne- cer um processo de briquetagem e peletização que substitui o uso de variedades múltiplas e custosas de materiais agluti- nantes constituindo constituintes indesejáveis deletérios para operações metalúrgicas.

Ainda outro objetivo da presente invenção é forne- cer um processo de briquetagem e peletização que produz bri- quetes e pelotas tendo propriedades químicas, físicas, tér- micas e estabilidade de volume melhoradas e que determina melhor desempenho metalúrgico.

Mais um objetivo da presente invenção é fornecer um processo de briquetagem e peletização que usa uma ampla variedade de materiais brutos para preparar briquetes, pelo- tas, micro-grânulos e blocos adequados para aplicação em fornos metalúrgicos e de temperatura alta. Um outro objetivo da presente invenção é fornecer um processo de briquetagem e peletização o qual use todos os tipos de minerais incluindo óxido de Fe e materiais trans- portando carbono como tais ou em misturas de compósito para preparar briquete, pelota, micro-grânulo e bloco, adequados para aplicação em fornos metalúrgicos e de temperatura alta.

Outro objetivo da presente invenção é tornar a e- nergia do processo de briquetagem e peletização eficiente, livre de poluição e de custo eficaz.

Sumário da Invenção

Conseqüentemente, a presente invenção fornece um processo para briquetagem e peletização a frio de finos mi- nerais ou ferrosos ou não ferrosos empregando aglutinantes minerais hidráulicos de ferro para aplicações metalúrgicas, o referido processo consistindo as etapas de: misturar 80- 95% em peso de um sedimento/ finos/ poeiras/ metalúrgicas/ minerais/ carbonáceos/ contaminados com óleo com 3-10% em peso de um aglutinante mineral hidráulico contendo ferro e opcionalmente com 2-6% em peso de água e 0,05 a 0,20% em pe- so de um tensoativo para formar uma pasta/mistura seca homo- geneizada, peletizar/ compactar a pasta/mistura seca para formar uma massa aglomerada, e curar a massa aglomerada du- rante 3-20 dias expondo-se a massa aglomerada ao ar atmosfé- rico durante 10-14 horas seguido por tratamento úmido.

Descrição Detalhada da Presente Invenção

Um processo para briquetagam e peletização a frio de finos minerais ou minérios ferrosos ou não ferrosos em- pregando aglutinantes minerais hidráulicos contendo ferro para aplicações metalúrgicas, o referido processo compreen- dendo as etapas de:

(a) misturar 84/95% em peso de materiais metalúr- gicos/ minerais/ carbonáceos/ contaminados com óleo na forma de poeira/ finos/ sedimento com 4-10% em peso de um agluti- nante mineral hidráulico de ferro e opcionalmente com 2-6% em peso de água e 0,05 a 0,20% em peso de um agente ativo de superfície para formar uma pasta/mistura seca homogeneizada;

(b) peletizar/ compactar a pasta/mistura seca da etapa (a) para formar uma massa aglomerada, e,

(c) curar a massa aglomerada da etapa (b) durante 3-20 dias expondo-se a massa aglomerada ao ar atmosférico durante 10-14 horas seguido por tratamento úmido.

Em uma modalidade da presente invenção, poeira/ finos/ sedimento/ metalúrgicos/ minerais/ carbonáceos/ con- taminados com óleo são selecionados a partir do grupo con- sistindo em minérios contendo Ferro, sedimentos e poeira de alto-forno, poeira e sedimentos de forno de oxigênio básico (BOF), carepa de laminação e finos e sedimentos contamina- dos com óleo e carbono, cal , calcário, dolomita, dunita, quartzito, coque, materiais carbonáceos e misturas deles.

Em outra modalidade da presente invenção, os aglu- tinantes minerais hidráulicos contendo ferro contêm de 20 a 25% em peso de Fe2O3, 40-60% em peso de CaO e MgO e 12-18% em peso de SiO2 + Al2O3.

Em ainda outra modalidade da presente invenção, o tensoativo é trietanolamina. Em ainda outra modalidade da presente invenção, a massa aglomerada está na forma de blocos cilíndricos / bri- quetes/ pelotas/ micro-grânulos.

Em mais uma modalidade da presente invenção, o ta- manho granulométrico da mistura é de aproximadamente 10 mm por bloco/ briquete.

Em uma outra modalidade da presente invenção, o tamanho granulométrico da mistura é de cerca de 2 mm por pe- lotas/ micro-grânulos.

Em uma outra modalidade da presente invenção, o aglutinante mineral hidráulico contendo ferro é um material em pó seco de finura de partícula passando pelo menos 90% em peneira BSS de malha 170 e tendo uma área de superfície mí- nima de 300M2/kg (Blaine).

Em uma modalidade da presente invenção, a água é adicionada durante a etapa de mistura na etapa (a) se a mas- sa aglomerada for para ser preparada na forma de blocos ou briquetes.

Em outra modalidade da presente invenção, onde na etapa (b), a pasta é alimentada por um dispositivo de prensa tipo compactação ou laminação para formar os blocos ou bri- quetes.

Em ainda outra modalidade da presente invenção, o dispositivo de prensa tipo laminação/ compactação aplica a carga de compactação na faixa de 500 kg a 5.000 kg (0,5 a 5 toneladas).

Em ainda outra modalidade da presente invenção, onde na etapa (b), a mistura seca é alimentada por um tambor ou granulador circular se a massa aglomerada for para ser na forma de pelotas ou micro-grânulos.

Em mais uma modalidade da presente invenção, a á- gua e o tensoativo são adicionados à mistura seca no tambor ou granulador circular para formar pelotas/ micro-grânulos.

Em uma outra modalidade da presente invenção, a mistura seca deve conter pelo menos 6% em peso de aglutinan- te mineral hidráulico contendo ferro para preparar pelotas/ micro-grânulos.

Em uma outra modalidade da presente invenção, a pasta deve conter pelo menos 3% em peso, de aglutinante mi- neral hidráulico contendo ferro para preparar blocos/ bri- quetes .

Em uma modalidade da presente invenção, o tamanho das pelotas está na faixa de 8-16 mm.

Em outra modalidade da presente invenção, o tama- nho dos micro-grânulos está na faixa de 2-8 mm.

Em ainda outra modalidade da presente invenção, o tempo de granulação é de cerca de 8 minutos a cerca de 12 minutos para as pelotas e para os micro-grânulos.

Em ainda outra modalidade da presente invenção, a massa aglomerada é curada por exposição da massa aglomerada durante 3-20 dias a ar atmosférico durante 12 horas seguido por tratamento de umectação.

Em mais uma modalidade da presente invenção, a re- sistência ao frio dos blocos/ briquetes desse modo produzi- dos atinge de cerca de 10 MPa a cerca de 40MPa em cerca de dias. Em uma outra modalidade da presente invenção, a resistência a frio das pelotas/ microesferas desse modo pro- duzidas atinge de cerca de 4MPa a cerca de 18MPa em cerca de 20 dias.

Breve Descrição dos Desenhos Anexos

Nos desenhos anexos ao relatório descritivo, Figura 1 (a) a (d) representa o efeito da carga de compactação e percentual do aglutinante mineral contendo ferro na resistência ao esmagamento a frio dos briquetes de forma cilíndrica.

Figura 2 representa a resistência ao esmagamento de pelotas de óxido de ferro na presença de aglutinante mi- neral contendo ferro no 20- dia de cura em água.

Figura 3 representa o desempenho do aglutinante mineral hidráulico contendo ferro na resistência em fundição normal e fundição sob as várias pressões de compactação.

Figura 4 representa o fenômeno típico na perda e ganho de resistência nos cubos fundidos de aglutinante mine- ral hidráulico contendo ferro em temperaturas elevadas.

Figura 5 representa a resistência em temperatura elevada dos briquetes de óxido de ferro.

Figura 6 representa a tendência na retenção de re- sistência dos briquetes de óxido de ferro sob atmosfera de redução em temperatura elevada.

Figura 7 representa a tendência na retenção de re- sistência das pelotas de óxido de ferro sob atmosfera de re- dução em temperatura elevada. Figura 8 representa a fotomicrografia ilustrando o mecanismo de união das partículas de óxido de Fe pela fase aglutinante em um produto aglomerado após o aquecimento da oxidação em 1050°C.

Figura 9 representa a fotomicrografia ilustrando a extensão da redução dos óxidos de Fe para metal de Fe após o tratamento do produto aglomerado em uma câmara de coque con- finado em 1050°C durante 1 hora de duração.

O processo da presente invenção é descrito em de- 10 talhes abaixo e nos exemplos que são determinados através de ilustrações e não devem ser analisados para limitar o escopo da invenção de qualquer modo.

O aglutinante mineral hidráulico contendo ferro, tensoativo e água são os ingredientes misturados com tipos diferentes de finos minerais e metalúrgicos na formulação de misturas para a preparação de blocos, briquetes, pelotas e micro-grânulos. O aglutinante mineral hidráulico contendo ferro é um material em pó de finura de partícula passando pelo menos 90% em peneira BSS de malha 170 e tendo uma área de superfície mínima de 300M2/kg (Blaine) tipo cimento Por- tland. O aglutinador hidrata na presença de água e desen- volve resistência a aglutinação. O agente tensoativo está na forma de líquido que atua para fácil dispersão do agluti- nante e melhora o efeito de aglutinação nas partículas car- bonáceas e oleosas. Dependendo do tipo de fase contendo ferro, o teor de outra material mineral, carbono sólido, te- or de óleo e umidade, os ingredientes são misturados para tornar as misturas homogeneizadas no estado seco ou semi- úmido. De acordo com o uso da mistura para briquetagem e peletização, a adição de água é feita. Normalmente as mis- turas de briquetagem são feitas na forma úmida onde a água é adicionada durante a mistura. No caso de granulação para preparação da pelota, a mistura seca é empregada com a adi- ção de água durante a peletização. Em casos específicos, o agente tensoativo é também empregado junto com a água. A trietanolamina é o agente tensoativo e é empregado junto com a água (5 ml/L de água como dose mínima) dependendo do teor de aglutinante para fácil dispersão e melhora na propriedade de aglutinação do aglutinante nas partículas de superfície oleosas. Com base no teor e composição de mistura do aglu- tinante mineral contendo ferro, a adição de água é feita de acordo com a conservação da relação entre 0,2 a 1,8 de W/B (Água/ Aglutinante) para hidratação uniforme do aglutinante na preparação do briquete, pelota ou micro-grânulos. Os fi- nos variando no tamanho até 10 mm e até 2 mm são as frações granulométricas na preparação do bloco ou briquete e mistu- ras de pelota ou micro-granulação respectivamente. No caso de briquetagem, a mistura do alimento com as máquinas ou dispositivos de prensa ou tipo compactação ou laminação pre- para os briquetes ou blocos. Com base na composição e tipo de derivados de finos e tamanho de partícula no material misturado, a carga de compactação ou pressão de 500 kg a 5.000 kg (0,5 a 5 toneladas) é aplicada para a preparação de produtos em forma de bloco ou briquetados. O teor de aglu- tinante na mistura para preparação de briquete e bloco é 3 a 10% em base de peso. O percentual mais alto do aglutinante é também utilizável dependendo da aplicação do produto fi- nal. A mistura seca ou semi-úmida consistindo em tamanho de partícula de até 2 mm é alimentada ao tambor ou dispositivos de granulador em disco para a preparação de pelota tipo bola ou partículas micro-granuladas adicionando-se a quantidade requerida de água. 0 tempo de formação de bola da mistura é 5 a 10 minutos para a preparação de pelota de 8 a 20 mm de diâmetro e micro-grânulos menores do que 8 mm de tamanho. A preparação desses produtos aglomerados de briquetes, blocos e pelotas de mistura úmida é preferivelmente dentro de 5 ho- ras a partir do tempo de contato da água com o aglutinante para evitar o efeito de fixação e secagem falsas.

Os briquetes verdes, blocos, e produtos peletiza- dos são mantidos expostos na atmosfera durante 12 horas e em seguida a cada 12 horas de intervalo, a umidade é pulveriza- da para cura e para desenvolver resistência ao frio. 0 bri- quete, bloco e pelota gradualmente atingem a resistência com o tempo e cura em água. A resistência à hidratação do aglu- tinante é um processo gradual com o tempo e no 20° dia o produto atinge quase 95% de resistência. Porém em 3 a 7 di- as de tempo cerca de 50 a 70% da resistência total atinge o produto. Dependendo do tipo de derivados metalúrgicos con- tendo ferrítico, pósminerais, tamanho de partícula, teor de aglutinante de 3 a 10% e carga de compactação de 500 kg a 5.000 kg (0,5 a 5 toneladas), a resistência ao frio dos pro- dutos em forma de briquete e bloco atinge de 10 a 40 MPa no 20° dia. A resistência verde dos produtos em forma de bri- quete e bloco na presença do aglutinante imediatamente após a fundição retém 20-30 kg/cm2 como resistência à compressão para manter 3 a 4 quedas de IM de altura em uma placa de aço que suporta resistência verde suficiente para fácil trans- portação através da esteira transportadora ou qualquer outro meio de transportação para subseqüente cura. As Figuras 1(a), (b) , (c) e (d) ilustram o efeito do percentual e da carga de compactação de aglutinante mineral contendo ferro na resistência ao esmagamento a frio de briquetes em forma cilíndrica consistindo em partículas de óxido de ferro (-6,3 mm de tamanho) após 1, 3, 7 e 20 dias de cura na água. No caso da pelota feita por formação de bola em granuladores de tambor ou circular, a resistência ao esmagamento no 202 dia de cura na água atinge 4 a 18 MPa na presença de 6 a 18% de aglutinante. A figura 2 ilustra a resistência ao esmagamen- to das pelotas de óxido de ferro (8 a 12 mm em diâmetro) na presença de aglutinante mineral contendo ferro no 20- dia de cura na água. Dependendo do produto químico do material de alimentação para aplicação metalúrgica, uma resistência mais elevada no produto de briquete e peletizado, é obtenível em- pregando um percentual mais alto de aglutinante.

O aglutinante mineral hidráulico contendo ferro desempenha uma função significante para desenvolver a resis- tência a frio por hidratação no produto aglomerado. Os constituintes químicos do aglutinante variam de 20 a 45% de Fe2O3, 40 a 60% de CaO+MgO e 12 a 18% de Si02+Al203. Minera- logicamente, esses óxidos do aglutinante existem em diferen- tes estruturas de solução-sólida de CaO-Fe2O3, CaO-Al2O3- Fe2O3, CaO-Fe2O3-MgO-SiO2 e CaO-SiO2 que na hidratação conce- dem propriedade de aglutinação. 0 aglutinante é um material em pó ultrafino consistindo nessas fases de mineral contendo ferro. 0 aglutinante propriamente dito na fundição (cubo) empregando uma mistura de pasta de teor de água apropriado atinge a resistência na hidratação na ordem de 70 a 85 MPa. Porém na mesma fundição de pasta sob pressão de compactação, a resistência à hidratação aumenta 20 a 30% mais do que a resistência normal. A Figura 3 ilustra o desempenho do aglu- tinante mineral hidráulico contendo ferro na resistência na fundição normal (CCP 0) e fundição sob pressão de compacta- ção (CCP) de 1000, 2000, 3000 kg (1, 2, 3 toneladas) . Em temperatura elevada o cubo fundido do aglutinante mostra uma perda marginal da resistência à hidratação dentro de 800°C devido à perda de água estrutural. A resistência do agluti- nante significantemente aumenta a temperatura acima de 800°C devido à aglutinação das fases de óxido precipitado. A Fi- gura 4 ilustra o fenômeno típico na perda e ganho de resis- tência nos cubos fundidos de aglutinante mineral hidráulico contendo ferro em temperatura elevada. Fenômenos similares de perda e ganho de resistência do aglutinante em temperatu- ra elevada prevalecem nos produtos aglomerados. O agluti- nante adiciona constituintes benéficos de valor de ferro e cal ao produto adequado para uso metalúrgico e também retém resistência elevada em temperatura até 600°C e acima de 800°C, estabilidade do volume e estabilidade térmica no pro- duto aglomerado. A Figura 5 ilustra a resistência em tempe- ratura elevada dos briquetes de óxido de ferro consistindo em 4-10% de aglutinante. A Figura 6 ilustra a tendência na retenção de resistência dos briquetes de óxido de ferro sob atmosfera de redução em temperatura elevada. A Figura 7 i- lustra a tendência na retenção da resistência das pelotas de óxido de ferro sob atmosfera de redução em temperatura ele- vada. A formação dos precipitados hidratados de estruturas contendo ferro e cal do aglutinante não somente fornece re- sistência à aglutinação porém também atua como promotor nas reações precoces de sinterização e redução das partículas de óxido de Fe nos produtos aglomerados. A fotomicrografia da figura 8 ilustra o mecanismo de união das partículas de óxi- do de Fe pela fase aglutinante em um produto aglomerado após o aquecimento de oxidação em temperatura de 1050°C. O aglu- tinante principalmente forma as estruturas de cálcio-ferrita no aquecimento que concede resistência às partículas aglome- radas. A fotomicrografia da figura 9 ilustra a extensão da redução dos óxidos de Fe para metal de Fe após o tratamento do produto aglomerado em uma câmara de coque confinado em 1050°C durante 1 hora de duração.

A retenção da resistência elevada em condição at- mosférica e em temperatura elevada, estabilidade de volume e térmica, resistente a umidade e umidade, promovendo na sin- terização mais rápida e redução das fases de óxido de Fe e livre da emissão de gases corrosivos em temperatura elevada e impurezas são algumas características especiais do presen- te processo na preparação dos briquetes e pelotas a frio de pós minerais ferrosos e não ferrosos adequados para aplica- ções metalúrgicas e outras. A invenção do presente processo tem sido estabele- cida por condução das séries das experiências em escala de laboratório para produzir aglomerados na forma de briquete, bloco e pelota de combinações diferentes de óxidos contendo ferros, metais e outros finos minerais tal como minério de ferro, poeira e sedimento de alto-forno, sedimento e poeiras de forno de oxigênio básico (BOF), carepa de laminação e fi- nos e sedimentos contaminados com óleo e carbono, cal, cal- cário, dolomita, dunita, quartzito, coque e materiais carbo- náceos empregando o aglutinante mineral hidráulico contendo ferro. Os produtos aglomerados têm sido examinados para a- valiar as propriedades físicas, metalúrgicas e de temperatu- ra elevada para várias aplicações.

Os seguintes exemplos são determinados através de ilustrações e portanto não devem ser analisados para limitar o escopo da presente invenção.

Exemplo 1

3,600 kg de Minério de ferro (-6,3 mm de tamanho), 0, 400 kg de aglutinante mineral rico em ferro (10% de base de minério) e 0,130 litro de água [relação água para agluti- nante (W/B) de 0,32] são misturados completamente em uma mistura de tambor durante 5 minutos. A mistura verde de 2 kg cada é em seguida empregada para preparar os briquetes cilíndricos de 30 mm de diâmetro sob 500 kg e 5.000 kg (0,5 tonelada e 5 toneladas) de carga de compressão. A fim de manter o peso idêntico dos briquetes, 55 g de mistura verde são empregados por briquete. Conseqüentemente, a quantidade de 30 briquetes sob carga de 500 kg (0,5 tonelada) tendo 0,70 de relação de compressão e 5.OOOkg (5 toneladas) tendo 0,60 de relação de compressão são feitas. Igualmente as a- mostras de briquete são curadas em água após 12 horas de in- tervalo em ar atmosférico normal até 20 dias para hidratação do aglutinante e desenvolvimento da resistência a frio. A resistência à união a frio dos briquetes se desenvolve com o tempo e na taxa pf de hidratação do aglutinante. O agluti- nante atinge quase 90% de sua resistência à hidratação em 20 dias e resistência ao equilíbrio em 90 dias. Os briquetes feitos sob 500 kg e 5.000 kg (0,5 tonelada e 5,0 toneladas) de carga de compressão atingem em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias curando em água na ordem de 4,8, 11,0, 14,8, 18,5 21,0 e 23,0 MPa e 8,0, 14,2, 22,0, 27,0, 31,0 e 34,8 MPa respecti- vamente como a resistência ao esmagamento a frio. Em tempe- ratura elevada, os briquetes tendo a resistência a frio de 23,0 MPa e 34,8 MPa possuem 22, 8, 21, 5, 20, 5, 18, 8, 16, 0, 22,0 e 29,0 MPa, e 34,5, 32,0, 29,5, 24,0, 17,0, 22,8 e 31,2 MPa respectivamente como a resistência ao esmagamento após aquecimento em temperaturas de 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 e 1400°C. Os briquetes de minério de ferro mostram al- gumas extensões na perda de resistência entre as temperatu- ras de 800 a IOOO0C sem alterar o volume. Porém os brique- tes atingem resistência mais elevada após o aquecimento aci- ma da temperatura de 1000°C. A perda de peso total dos bri- quetes é 8 a 10% em temperatura de 1000°C.

Exemplo 2

1, 680 kg de minério de ferro (-4 mm de tamanho), 0,160 kg de poeira de coque (-0,5 mm), 0,160 kg de agluti- nante mineral rico em ferro (8% em base de peso) , 70 ml de água e 2 ml de agente tensoativo são misturados em uma ban- deja durante 5 minutos. A mistura verde é briquetada sob 3.000 kg (3 toneladas) de carga de compressão para produzir briquetes cilíndricos de 30 mm de diâmetro em relação de compressão de 0,62. Empregando 50 g de mistura para cada briquete, 20 briquetes são feitos a partir da mistura acima e curados em água durante 28 dias. O briquete de minério de ferro de compósito contendo coque atinge 6,4, 13,0, 18,6, 23,5, 25,8 e 27,0 MPa como a força de esmagamento a frio mé- dia em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água respectiva- mente .

Exemplo 3

2,000 kg de cinza de BOF (-1 mm de tamanho), 0,800 kg de carepa de laminação (-3,0 mm), 0, 800 kg de minério de ferro, 0,400 kg de aglutinante mineral rico em ferro (10% em base de peso) , 120 ml de água e 5 ml de agente tensoativo são misturados completamente em uma mistura de tambor duran- te 5 minutos. A mistura verde de 2 kg de cada é empregada para preparar briquetes cilíndricos de 30 mm de diâmetro sob 4.000 kg e 5.000 kg (4 toneladas e 5 toneladas) de carga de compressão. O peso da mistura verde empregada para cada briquete é 45 g. Conseqüentemente, 40 briquetes cada sob 4.000 kg e 5.000 kg (4 toneladas e 5 toneladas) de carga são feitos e curados em água durante 28 dias. Os briquetes fei- tos sob 4.000 kg e 5.000 kg (4 toneladas e 5 toneladas) de carga de compressão atingem 5,5, 13,5, 18,5, 22,0, 24,4 e 26,2 MPa e 8,0, 16,3, 21,5, 25,0, 26,8 e 28,5 MPa respecti- vãmente como a resistência ao esmagamento a frio média em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água.

Exemplo 4

3,200 kg de carepa de laminação (-4,0 mm de tama- nho), 0,400 kg de sedimento oleoso contendo ferro, 0,400 kg de aglutinante mineral rico em ferro (10% em base de peso), 8 ml de agente tensoativo e 120 ml de água são empregados para preparar a mistura. A carepa de laminação, sedimento oleoso contendo ferro, agente tensoativo são misturados com- pletamente em uma mistura de tambor para melhorar a proprie- dade de superfície das partículas de metal de ferro. Em se- guida o aglutinante e a água são adicionados e misturados cuidadosamente durante 5 minutos. A mistura verde de 4 kg é empregada para preparar briquetes cilíndricos de 30 mm de diâmetro sob 3.000 kg e 5.000 kg (3 toneladas e 5 toneladas) de carga de compressão. 50 g de mistura verde por briquete são empregados. A quantidade de 20 briquetes em duas cargas compressivas diferentes 3.000 kg, 5.000 kg (3 toneladas, 5 toneladas) é preparada e curada em água após 12 horas de in- tervalo durante 28 dias. Os briquetes feitos sob 3.000 kg e 5.000 kg (3 toneladas e 5 toneladas) de carga de compressão atingem 5,0, 12,0, 17,0, 21,0, 23,5 e 24,8 MPa e 5,6, 13,8, 18,8, 22,5, 25,0 e 26,5 MPa respectivamente como a resistên- cia ao esmagamento a frio em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água.

Exemplo 5

3,600 kg de pó de cinzas de coque (-3,0 mm em ta- manho), 0, 400 kg de aglutinante mineral rico em ferro (10% em base de coque), 250 ml de água e 8 ml de agente tensoati- vo são misturados em uma mistura de tambor durante 5 minu- tos. Em seguida a mistura é briquetada para fazer briquetes cilíndricos de 30 mm de diâmetro sob 2.000 kg e 3.000 kg (2 toneladas e 3 toneladas) de carga de compressão. 30 g de mistura são empregados para um briquete. Os briquetes de coque feitos sob 2.000 kg e 3.000 kg (2 toneladas e 3 tone- ladas) de carga de compressão são curados em água separada- mente após 24 horas de intervalo durante 28 dias. Os bri- quetes feitos sob 2.000 kg (2 toneladas) de pressão possuem 2,0, 4,0, 7,0, 8,5, 9,6 e 10,0 MPa como a resistência ao es- magamento a frio em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura res- pectivamente. Similarmente os briquetes de coque feitos sob 3.000 kg (3 toneladas) de pressão por compressão atingem em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água 2,3, 5,0, 8,0, 10,5, 11,8 e 12,5 MPa de resistência ao esmagamento, respec- tivamente .

Exemplo 6

7, 000 kg de minério de ferro (-10,0 mm de tama- nho) , 2,00 kg de carepa de laminação (-3,00 mm), 1, 000 kg de aglutinante mineral rico em ferro (10% em base de peso), 350 ml de água e 5 ml de agente tensoativo são misturados com- pletamente em uma mistura de tambor durante 5 minutos. 400 g da mistura são empregados para fundir os blocos de uso do molde de tamanho em cm (5x5x5) por um vibrador cúbico deter- minando 2 minutos de tempo de vibração. Os blocos são remo- vidos do molde após 24 horas de fundição e em seguida imer- gidos em um tanque de água (28 + 2°C) para cura até 28 dias. A cada 7 dias de intervalo, a água do tanque é renovada por água fresca. A resistência a frio dos blocos é medida em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de intervalo. 0 bloco atinge 4,0, 8,0, 12,4, 14,0, 16,5 e 17,6 MPa como a resistência ao esma- gamento em 1, 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água.

Exemplo 7

Pó de minério de ferro (-2,0 mm de tamanho) e a- glutinante mineral contendo ferro são misturados para prepa- rar a mistura seca para a preparação da pelota unida a frio. 10 kg de mistura de cada contendo 8% e 16% (em base de peso) de aglutinante são feitos através da mistura em uma mistura de tambor. A mistura de cada amostra contendo 8% e 16% de aglutinante é peletizada por um granulador em disco de pane- la de 1 metro de diâmetro na configuração de ângulo de 30° na presença de água [relação de água: aglutinante (W/B) 1,2] para preparar bolas de tamanho de 8 a 16 mm. O tempo de pe- letização é mantido durante 10 minutos em cada caso para ob- ter 2000 a 2250 kg/m3 de densidade de volume da pelota ver- de. As pelotas verdes de cada mistura são curadas em água após 24 horas de intervalo até 28 dias. A resistência a frio da pelota (tomando a média de 10 pelotas) é determinada em 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura. A resistência ao esmaga- mento médio a frio 40, 68, 115, 150 e 173 kg/pelota de 8% do aglutinante e 62, 98, 136, 180 e 202 kg/ pelota de 16% de aglutinante é obtida em 3, 7, 14, 21 e 28 dias de cura em água respectivamente. A resistência obtida na pelota após 28 dias de cura é bastante estável e permanece inalterada no aquecimento em temperaturas de 600°C. Exemplo 8

4,750 kg de pó de calcário (-3,00 mm de tamanho) e 0,250 kg de aglutinante mineral contendo ferro (5% em base de peso), 100 ml de água são misturados em um tambor durante 3 minutos para preparar a mistura verde. 2,500 kg de mistu- ra verde de cada são briquetados para produzir os briquetes de forma cilíndrica (30 mm de diâmetro) aplicando-se 2.000 kg e 4.000 kg (2 toneladas e 4 toneladas) de carga ce com- pactação. 50 g de mistura verde são empregados por um bri- quete para manter o peso idêntico. Os briquetes fundidos sob 2.000 kg e 4.000 kg (2 toneladas e 4 toneladas) de carga de compactação são curados em água separadamente em 12 horas de intervalo. Os briquetes feitos com 2.000 kg (2 tonela- das) de carga atingem 3,0, 6,0, 9,0, 12,5 e 14,0 MPa como resistência ao esmagamento em 1, 3, 7, 14 e 21 dias de cura em água. A mesma composição de briquetes preparada sob 4.000 kg (4 toneladas) de carga de compactação mostra em 1, 3, 7, 14 e 21 dias de cura na ordem de 4,0, 7,2, 10,5, 13,8 e 15,4 MPa como a resistência ao esmagamento.

Os exemplos ilustram que o tamanho da partícula, teor de aglutinante, faixa de carga de compactação e fator de compactação no caso de briquetes e blocos, tempo de gra- nulação no caso de pelota, relação de água e aglutinante etc. são alguns fatores variáveis na preparação de brique- tes, pelotas e micro-grânulos a frio. A resistência a frio do produto aglomerado gradualmente aumenta com o tempo. Po- rém em relação ao peso e produtividade, 3 a 7 dias de cura em água é ideal na produção comercial. Dependendo do propó- sito, o tipo de material e limitação de composição química, o requerimento mínimo do aglutinante é um fator decisivo com base na aplicação dos produtos aglomerados.

As Principais vantagens da presente invenção são:

1. Aplicável para aglomeração a frio de minerais não ferrosos exceto a poeira metalúrgica.

2. Energia eficiente, econômica, uso de partículas mais grosseiras de tamanho até 10 mm para briquetagem e uso de partículas variando até 2 mm de tamanho para preparação de pelota.

3. Condição de cura é muito simples e em pressão atmosférica.

4. Flexível no uso de materiais contaminados de óleo e carbono.

5. Melhores propriedades físicas e metalúrgicas em termos de resistência em condição fria e quente, estabilida- de de volume, resistência à umidade para armazenamento por tempo prolongado, sinterização e redução.

6. Adição de ferro e cal extra como uma parte do constituinte metalúrgico na forma de um aglutinante.

7. Amigavelmente ambiental e livre de emissão de impurezas gasosas.

Claims

1. Processo para briquetagem e peletização a frio de minérios ferrosos ou não ferrosos ou finos de minério u- tilizando aglutinantes minerais hidráulicos contendo ferro para aplicações metalúrgicas, o referido processo sendo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: (a) misturar 84-95% em peso de materiais metalúr- gicos ou minerais ou carbonáceos ou contaminados com óleo na forma de poeira ou finos ou sedimento com 4-10% em peso de um aglutinante mineral hidráulico de ferro tendo uma ou mais das fases de mineral contendo ferro selecionadas de CaO- Fe203, CaO-Al203-Fe203 e Ca0-Fe203-Mg0-Si02 e opcionalmente com 2-6% em peso de água e 0,05 a 0,20% em peso de um tenso- ativo para formar uma pasta ou mistura seca homogeneizada; (b) peletizar ou compactar a pasta/ mistura seca da etapa (a) para formar uma massa aglomerada; e, (c) curar a massa aglomerada da etapa (b) durante 3-20 dias por exposição da massa aglomerada a ar atmosférico durante 10-14 horas por dia seguido por umectação da massa aglomerada.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os materiais metalúrgicos ou minerais ou carbonáceos ou contaminados com óleo na forma de poeira ou finos ou sedimento são selecionados do grupo con- sistindo em minérios contendo ferro, poeira e sedimento de alto-forno, poeira e sedimento de forno de oxigênio básico (BOF), carepa de laminação e sedimento e finos contaminados com o óleo e carbono, cal, calcário, dolomita, dunita, quartzito, coque, materiais carbonáceos e mistura deles.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglutinante mineral hidráu- lico contendo ferro contém 20 a 45% em peso de Fe2C>3, 40-60% em peso de CaO e MgO e 12-18% em peso de SiO2 + Al2O3.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tensoativo é trietanolami- na.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a massa aglomerada está na forma de blocos cilíndricos ou briquetes ou pelotas ou mi- cro-grânulos.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho granulométrico da mistura é de até 10 mm por bloco ou briquete.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho granulométrico da mistura é de até 2 mm para pelotas ou micro-grânulos.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a água é adicionada durante a etapa de mistura na etapa (a) se a massa aglomerada for para ser preparada na forma de blocos ou briquetes.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que na etapa (b) , a pasta é ali- mentada por um dispositivo de prensa de compactação ou lami- nação para formar os blocos ou briquetes.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de prensa tipo compactação ou laminação aplica carga de compactação na fai- xa de 500 kg a 5.000 kg (0,5 a 5 toneladas).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que na etapa (b) , a mistura seca é alimentada por um granulador de tambor ou circular se a massa aglomerada for para ser na forma de pelotas ou micro- grânulos.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a água e o agente ativo de superfície são adicionados à mistura seca no granulador de tambor ou circular para formar as pelotas ou os micro- grânulos.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura seca deve conter pelo menos 6% em peso de aglutinante mineral hidráulico fér- ricos para preparar as pelotas ou os micro-grânulos.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pasta deve conter pelo me- nos 3% em peso de aglutinante mineral hidráulico contendo ferro para preparar os blocos ou briquetes.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho das pelotas está na faixa de 8-16 mm.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho dos micro-grânulos está na faixa de 2-8 mm.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de granulação é de 8 minutos a 12 minutos para pelotas e micro-grânulos.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a massa aglomerada é curada por exposição da massa aglomerada durante 3-20 dias a ar at- mosférico por 12 horas, seguido por tratamento úmido.

19. Briquete, produzido de acordo com o processo do tipo definido em uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que sua resistência a frio atinge de cerca de IOMPa a cerca de 40MPa, em cerca de 20 dias.

20. Pelota, produzida de acordo com o processo do tipo definido em uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que sua resistência a frio atinge de cerca de 4MPa a cerca de 18MPa, em cerca de 20 dias.