BR102019009592B1

BR102019009592B1 - iron ore briquette production process comprising mining tailings

Info

Publication number: BR102019009592B1
Application number: BR102019009592-0A
Authority: BR
Inventors: Fabrício Vilela Parreira; Flávio De Castro Dutra; Cláudio Batista Vieira; Sávio José De Oliveira
Original assignee: Vale S.A; Universidade Federal De Ouro Preto Ufop
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-07-28

Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BRIQUETES DE MINÉRIO DE FERRO COMPREENDENDO REJEITO DE MINERAÇÃO A presente invenção se refere ao reaproveitamento de rejeitos de mineração de ferro para produção de briquetes por processo de compactação empregando misturas desses rejeitos com finos de minério de ferro e silicato de sódio líquido como agente aglomerante. Os briquetes são submetidos a processo de cura a uma temperatura de 250°C a 550°C, por um período de 20 a 40 minutos. Assim, o processo é realizado sob baixa temperatura de cura e não há utilização de carvão mineral e nem de carvão vegetal na composição dos briquetes. Os briquetes produzidos são adequados para uso em reatores de reduçãoPROCESS OF PRODUCTION OF IRON ORE BRIQUETTES UNDERSTANDING MINING WASTE The present invention relates to the reuse of iron mining tailings for the production of briquettes by the compaction process using mixtures of these tailings with iron ore fines and liquid sodium silicate as binding agent. The briquettes are subjected to a curing process at a temperature of 250 ° C to 550 ° C, for a period of 20 to 40 minutes. Thus, the process is carried out under low curing temperature and there is no use of mineral coal or charcoal in the composition of the briquettes. The briquettes produced are suitable for use in reduction reactors

Description

Field of invention

[001] A presente invenção se refere ao reaproveitamento de rejeitos de minério de ferro por meio de um processo de produção de briquetes por compactação empregando misturas desses rejeitos e finos de minério de ferro, além de silicato de sódio como agente aglomerante. Os briquetes são submetidos ao processo de cura a uma temperatura de 250°C a 550°C, por um período de 20 a 40 minutos. Assim, o processo é realizado sob baixa temperatura de cura, não há utilização de carvão mineral e/ou carvão vegetal na composição dos briquetes, e os briquetes produzidos são adequados para uso em reatores de redução.[001] The present invention relates to the reuse of iron ore tailings through a process of producing briquettes by compaction using mixtures of these tailings and iron ore fines, in addition to sodium silicate as a binding agent. The briquettes are subjected to the curing process at a temperature of 250 ° C to 550 ° C, for a period of 20 to 40 minutes. Thus, the process is carried out under low curing temperature, there is no use of mineral coal and / or charcoal in the composition of the briquettes, and the briquettes produced are suitable for use in reduction reactors.

Background of the Invention

[002] O Brasil é um dos principais países produtores de minério de ferro do mundo, sendo este extraído a partir de reservas localizadas no Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais; na Serra dos Carajás, no Pará; e no Maciço do Urucum, no Mato Grosso do Sul.[002] Brazil is one of the main iron ore producing countries in the world, which is extracted from reserves located in the Quadrilátero Ferrífero, in Minas Gerais; in Serra dos Carajás, in Pará; and in the Urucum Massif, in Mato Grosso do Sul.

[003] Localizado na porção centro-sul do estado de Minas Gerais, o Quadrilátero Ferrífero é uma região de grande importância do ponto de vista econômico e ambiental. Devido às características dos minérios explorados no Quadrilátero Ferrífero, observa-se uma crescente geração de rejeitos em função da necessidade de beneficiamento dos minérios explorados.[003] Located in the south-central portion of the state of Minas Gerais, the Quadrilátero Ferrífero is a region of great importance from an economic and environmental point of view. Due to the characteristics of the ores explored in the Quadrilátero Ferrífero, there is an increasing generation of tailings due to the need for processing the explored ores.

[004] Os minérios de ferro que são explotados no Quadrilátero Ferrífero são classificados como minérios hematíticos (minérios ricos) e minérios itabiríticos (minérios pobres). Esses minérios são submetidos aos processos de beneficiamento mineral para produção de pellet feed(granulometria das partículas majoritariamente abaixo de 0,15mm), sinter feed(granulometria das partículas majoritariamente entre 0,15mm e 6,3mm) e granulado (granulometria das partículas majoritariamente acima de 6,3mm), que são os principais produtos da mineração de ferro. Denomina-se hematitinha o tipo de granulado com granulometria mais fina e geralmente enfornado em altos-fornos a carvão vegetal. É importante salientar que além desses produtos são também produzidos rejeitos, que são depositados em barragem.[004] Iron ores that are exploited in the Quadrilátero Ferrífero are classified as hematitic ores (rich ores) and itabirite ores (poor ores). These ores are subjected to mineral beneficiation processes for the production of pellet feed (particle size mostly below 0.15mm), sinter feed (particle size mostly between 0.15mm and 6.3mm) and granulate (particle size mostly above 6.3mm), which are the main products of iron mining. Hematite is the type of granulate with finer granulometry and usually hung in charcoal blast furnaces. It is important to note that in addition to these products, tailings are also produced, which are deposited in a dam.

[005] Devido às características dos minérios de ferro encontrados atualmente no Quadrilátero Ferrífero e do processo de beneficiamento mineral ao qual são submetidos, observa-se uma tendência contínua ao aumento da oferta de produtos com granulometria mais fina como o pellet feed,resultando na diminuição da produção de produtos com faixas granulométricas maiores como, por exemplo, os minérios granulados. Com essa mudança no perfil da produção no setor do minério de ferro, torna-se necessário criar novas aplicações e mercados para o escoamento dessa produção crescente de parcelas mais finas de minério de ferro, além de novas alternativas para continuar atendendo à demanda do mercado para minérios granulados.[005] Due to the characteristics of the iron ores currently found in the Quadrilátero Ferrífero and the mineral processing process to which they are submitted, there is a continuous tendency to increase the offer of products with finer granulometry such as the pellet feed, resulting in a decrease production of products with larger granulometric ranges, such as granular ores. With this change in the production profile in the iron ore sector, it becomes necessary to create new applications and markets for the flow of this growing production of thinner portions of iron ore, in addition to new alternatives to continue meeting the market demand for granular ores.

[006] Uma importante questão ambiental relativa ao processo de beneficiamento de minérios de ferro é a elevada geração de rejeitos, os quais são atualmente depositados em grandes barragens. As barragens de rejeito tornaram-se, recentemente, um dos principais temas na discussão de processos mais sustentáveis na mineração de minério de ferro, com foco na diminuição da quantidade de rejeitos depositados e na criação de soluções inteligentes para que os rejeitos possam ser reaproveitados. Muitas vezes, os rejeitos que são depositados nas barragens possuem concentração expressiva de ferro, porém, devido à sua natureza -partículas muito finas e elevado teor de umidade -a utilização dos mesmos é dificultada.[006] An important environmental issue related to the iron ore beneficiation process is the high generation of tailings, which are currently deposited in large dams. Tailings dams have recently become one of the main topics in the discussion of more sustainable processes in iron ore mining, with a focus on reducing the amount of tailings deposited and creating smart solutions so that tailings can be reused. Often, the tailings that are deposited in the dams have a significant concentration of iron, however, due to their nature - very fine particles and high moisture content - their use is difficult.

[007] Novas tecnologias de disposição de rejeitos vêm sendo estudadas com o objetivo de desenvolver novos métodos de disposição e diminuir o impacto ambiental gerado pelo processo de beneficiamento dos minérios.[007] New waste disposal technologies have been studied with the aim of developing new disposal methods and reducing the environmental impact generated by the mineral processing process.

[008] Atualmente, a grande dificuldade na utilização dos rejeitos está na sua granulometria muito fina. Esses não podem ser utilizados diretamente para a fabricação de ferro-gusa em altos-fornos ou em processos de aglomeração (sinterização e pelotização) devido às restrições de tamanho das partículas e qualidade química.[008] Currently, the great difficulty in using the tailings is in its very fine granulometry. These cannot be used directly for the manufacture of pig iron in blast furnaces or in agglomeration processes (sintering and pelletizing) due to restrictions on particle size and chemical quality.

[009] Partindo-se do pressuposto que se obtenha um rejeito seco (com baixo teor de umidade), para que este rejeito seja reaproveitado, por exemplo, em reatores de redução como o alto-forno, é preciso que haja um processo de aglomeração, uma vez que os rejeitos são constituídos de partículas muito finas. E ainda, apesar dos rejeitos apresentarem relativa porcentagem de ferro em sua constituição, também é interessante e necessário que sejam blendados com finos de minérios de ferro (contendo alto teor de Fe) para que se tenha uma mistura com boa qualidade química, adequada para operação nos reatores de redução, não prejudicando o processo com elevada geração de escória.[009] Based on the assumption that a dry waste (with low moisture content) is obtained, so that this waste can be reused, for example, in reduction reactors such as the blast furnace, there must be an agglomeration process , since the tailings are made up of very fine particles. And yet, although the tailings have a relative percentage of iron in their composition, it is also interesting and necessary that they be blended with iron ore fines (containing high Fe content) in order to have a mixture with good chemical quality, suitable for operation in the reduction reactors, not harming the process with high generation of slag.

[0010] As operações de aglomeração de minérios destinam-se a conferir às cargas a serem alimentadas no alto-forno, um formato adequado e resistência mecânica apropriada ao percurso descendente dessa carga no alto-forno, com percolação de gases através da carga. Os processos mais comuns de aglomeração de minérios de ferro utilizados como carga dos altos-fornos na siderurgia são: sintetização, pelotização e briquetagem.[0010] The ore agglomeration operations are designed to give the loads to be fed into the blast furnace an adequate shape and appropriate mechanical resistance to the descending path of that load in the blast furnace, with percolation of gases through the load. The most common iron ore agglomeration processes used as cargo for blast furnaces in the steel industry are: synthesis, pelletizing and briquetting.

[0011] A sintetização de minério de ferro converte finos de minério, geralmente com granulometrias entre 0,15 mm e 6,3 mm em aglomerados maiores, denominados sinter. Sua faixa granulométrica se situa entre 5 mm e 25 mm de tamanho de partícula, apresentando características físicas, metalúrgicas e permeabilidade satisfatórias para a eficiente operação do alto-forno. A sintetização de minério de ferro é realizada em três estágios: preparação de matérias-primas, ignição e queima, além de resfriamento.[0011] Iron ore synthesis converts ore fines, usually with sizes between 0.15 mm and 6.3 mm into larger agglomerates, called sinters. Its particle size range is between 5 mm and 25 mm in particle size, presenting satisfactory physical, metallurgical and permeability characteristics for efficient blast furnace operation. The synthesis of iron ore is carried out in three stages: preparation of raw materials, ignition and firing, as well as cooling.

[0012] Vários tipos de materiais de granulometria fina são inevitavelmente formados durante a mineração, concentração de minérios e o processamento de matérias-primas para uso em diferentes processos de produção. Em tal estado de agregação, a maioria desses materiais finos não pode ser processada pelas tecnologias atualmente utilizadas por minas, plantas metalúrgicas, químicas e de combustível. Assim, eles invariavelmente acabam em várias instalações de armazenamento (lixões, barragens de lama, etc.), formando repositórios de produtos de resíduo industrial. Essas instalações, às vezes, ocupam enormes áreas de terra, criando problemas ambientais e outros. Fazer uso industrial de tais produtos é um dos aspectos mais importantes para o uso eficiente de recursos minerais e energéticos, criando tecnologias de baixo desperdício, elevando os índices de produção e melhorando o meio ambiente nas áreas em torno das fábricas. 0 método mais básico e promissor de aglomeração de finos -e muitas vezes o único método praticável -é a briquetagem. Esta tecnologia torna possível obter briquetes resistentes de quase qualquer tipo de partículas finas. Os briquetes são de tamanho, forma, peso e composição uniformes, e satisfazem os requisitos para o processo de produção em que devem ser utilizados.[0012] Various types of fine-grained materials are inevitably formed during mining, concentration of ores and the processing of raw materials for use in different production processes. In such a state of aggregation, most of these fine materials cannot be processed by the technologies currently used by mines, metallurgical, chemical and fuel plants. Thus, they invariably end up in various storage facilities (dumps, mud dams, etc.), forming repositories of industrial waste products. These facilities sometimes occupy huge areas of land, creating environmental and other problems. Making industrial use of such products is one of the most important aspects for the efficient use of mineral and energy resources, creating low-waste technologies, increasing production rates and improving the environment in the areas surrounding the factories. The most basic and promising method of agglomerating fines - and often the only practicable method - is briquetting. This technology makes it possible to obtain resistant briquettes from almost any type of fine particles. Briquettes are of uniform size, shape, weight and composition, and satisfy the requirements for the production process in which they are to be used.

[0013] A briquetagem consiste na aglomeração de partículas finas por meio de compressão, permitindo a obtenção de um produto compactado, com forma, tamanho e parâmetros mecânicos adequados. A mistura entre partículas finas e aglomerante é prensada a frio ou a quente, de modo a obter aglomerados denominados briquetes, que devem apresentar resistência adequada para empilhamento, tratamento posterior (por exemplo, secagem e cura), transporte, manuseio e utilização em reatores metalúrgicos.[0013] Briquetting consists of the agglomeration of fine particles by means of compression, allowing to obtain a compacted product, with adequate shape, size and mechanical parameters. The mixture between fine particles and agglomerate is cold or hot pressed, in order to obtain agglomerates called briquettes, which must have adequate resistance for stacking, further treatment (for example, drying and curing), transport, handling and use in metallurgical reactors .

[0014] A aglomeração de partículas por briquetagem se dá por meio de aplicação de pressão com o auxílio ou não de um aglomerante, o que permite que partículas com variadas faixas granulométricas, incluindo partículas muito finas, sejam mantidas unidas e produzam um aglomerado com resistência suficiente para posteriores aplicações.[0014] The agglomeration of particles by briquetting occurs through the application of pressure with or without the aid of a binder, which allows particles with varying granulometric ranges, including very fine particles, to be kept together and produce a resistant agglomerate. enough for later applications.

[0015] Quando o material a ser aglomerado não possui resistência à compressão e ao impacto após a compactação, é necessário o uso de aglomerantes para a aglomeração das partículas do material. A presença de um aglomerante permite uma maior adesão entre as partículas finas.[0015] When the material to be agglomerated does not have resistance to compression and impact after compaction, it is necessary to use binders to agglomerate the particles of the material. The presence of a binder allows greater adhesion between the fine particles.

[0016] A utilização de aglomerantes no processo de briquetagem implica na necessidade de um processo de cura dos briquetes. A cura dos briquetes consiste em reações que ocorrem entre as partículas e o aglomerante as quais irão conferir ao aglomerado a resistência mecânica desejada. Briquetes de cura a frio, ou seja, aqueles cuja cura ocorre à temperatura ambiente apresentam um menor custo quando comparado a processos convencionais de cura de briquetes como, por exemplo, a briquetagem a quente, que exige que a mistura a ser briquetada ou os briquetes sejam aquecidos para ter um ganho de resistência.[0016] The use of binders in the briquetting process implies the need for a briquette curing process. The curing of briquettes consists of reactions that occur between the particles and the binder which will give the agglomerate the desired mechanical strength. Cold curing briquettes, that is, those curing at room temperature have a lower cost when compared to conventional briquette curing processes such as hot briquetting, which requires the mixture to be briquetted or the briquettes heated to gain strength.

[0017] O emprego de silicato de sódio na aglomeração de finos de minério de ferro não é recente. Estudos mostraram a viabilidade do uso de silicato de sódio como aglomerante na fabricação de pelotas de minério de ferro, sendo o silicato de sódio utilizado como aditivo aos aglomerantes normalmente utilizados nos processos de aglomeração com intuito de melhorar as propriedades dos aglomerados. Com o uso de silicato de sódio como aditivo aos aglomerantes, foi descrito um aumento na resistência à compressão a frio e resistência à compressão a seco em relação à utilização de sistemas de aglomerantes convencionais compreendendo o mesmo aglomerante. A importante característica do silicato de sódio na aglomeração de minérios de ferro consiste na presença do ânion silicato (SÍO44 ), o qual possui uma forte carga negativa sendo possível que seja adsorvido na superfície dos minérios mesmo se presente em baixas concentrações.[0017] The use of sodium silicate in the agglomeration of iron ore fines is not recent. Studies have shown the feasibility of using sodium silicate as a binder in the manufacture of iron ore pellets, with sodium silicate being used as an additive to the binders normally used in agglomeration processes in order to improve the properties of the agglomerates. With the use of sodium silicate as an additive to the binders, an increase in cold compressive strength and dry compressive strength has been described in relation to the use of conventional binder systems comprising the same binder. The important characteristic of sodium silicate in the agglomeration of iron ores is the presence of the silicate anion (SÍO44), which has a strong negative charge and it is possible that it is adsorbed on the surface of the ores even if present in low concentrations.

[0018] 0 acúmulo contínuo dos rejeitos sem uso em larga escala, torna as indústrias do setor de ferro e aço vulneráveis às regulamentações ambientais. Além disso, uma enorme quantidade de recursos naturais finitos é desperdiçada. A utilização do rejeito fino e ultrafino de minério é, portanto, inevitável para a sustentabilidade da indústria da mineração. Por isso, torna-se necessário desenvolver novos métodos que tornem possível o reaproveitamento desse material trazendo benefícios ambientais, sociais e econômicos.[0018] The continuous accumulation of tailings without large-scale use, makes the industries of the iron and steel sector vulnerable to environmental regulations. In addition, an enormous amount of finite natural resources is wasted. The use of fine and ultrafine ore tailings is therefore inevitable for the sustainability of the mining industry. Therefore, it is necessary to develop new methods that make it possible to reuse this material, bringing environmental, social and economic benefits.

[0019] O estado da técnica contempla diversas publicações relacionadas às operações de aglomeração de minérios, conforme exemplificado a seguir.[0019] The state of the art includes several publications related to ore agglomeration operations, as shown below.

[0020] Na tese de Doutorado do Dr. Flávio de Castro Dutra, intitulada "Estudos fenomenológicos associados à aplicação de silicato de sódio em aglomeração a frio de finos de minério de ferro", é descrito um estudo a respeito da produção de minipelotas para uso na sinterização, com diâmetro entre 3 e 8 mm, proveniente da aglomeração de finos de minério de ferro e silicato de sódio líquido, produzida através de pelotamento em discos e endurecida em temperaturas de 100 a 550°C. Quatro diferentes tipos de materiais foram utilizados: (a) finos de minério de ferro (pellet feed);(b) silicatos de sódio líquido; (c) nanotubos de carbono e (d) nanolâminas de grafita esfoliada.[0020] In the Doctoral thesis of Dr. Flávio de Castro Dutra, entitled "Phenomenological studies associated with the application of sodium silicate in cold agglomeration of iron ore fines", a study about the production of mini pellets for use is described in sintering, with a diameter between 3 and 8 mm, coming from the agglomeration of iron ore fines and liquid sodium silicate, produced by pelletizing in discs and hardened at temperatures of 100 to 550 ° C. Four different types of materials were used: (a) iron ore fines (pellet feed), (b) liquid sodium silicates; (c) carbon nanotubes and (d) exfoliated graphite nano-layers.

[0021] O documento coreano KR20150133872, em nome de Honam Lime Industry Co. Ltd., e intitulado "Briquette for metallic Fe source of steelmaking furnace using Fe containing byproduct and method for manufacturing the same",se refere a um método para a fabricação de um briquete a partir de urn subproduto contendo ferro. O método inclui: o pré-processamento de secagem ou moagem das matérias primas principais de um subproduto contendo ferro, em que a quantidade de ferro metálico e a quantidade de ferro total são pequenas, entre poeira, lama e uma escala gerada em um processo de fabricação de ferro e um processo de fabricação de aço, conforme necessário; a fabricação de materiais suplementares de um aglutinante, compreendendo um agente redutor composto por um agente de recarburação ou um grupo de carbono, cal hidratada, melaço e silicato de sódio; uma etapa de introduzir a matéria-prima principal, o agente redutor, a cal e o aglutinante em um misturador; a introdução do produto misturado pelo misturador em uma máquina de briquetagem e formar briquetes; a passivação do briquete formado pela máquina de briquetagem, revestindo o briquete com um líquido insolúvel do copo de água; e uma etapa de cura do briquete em temperatura ambiente durante 8 horas. O briquete é então colocado em um forno de redução vertical e reduzido pelos gases de escape gerados no forno de manufatura de ferro.[0021] Korean document KR20150133872, on behalf of Honam Lime Industry Co. Ltd., and entitled "Briquette for metallic Fe source of steelmaking furnace using Fe containing byproduct and method for manufacturing the same", refers to a method for manufacturing of a briquette from a by-product containing iron. The method includes: the pre-processing of drying or grinding the main raw materials of a by-product containing iron, in which the amount of metallic iron and the amount of total iron are small, between dust, mud and a scale generated in a process of ironmaking and a steelmaking process as needed; the manufacture of supplementary materials of a binder, comprising a reducing agent composed of a reloading agent or a group of carbon, hydrated lime, molasses and sodium silicate; a step of introducing the main raw material, the reducing agent, the lime and the binder into a mixer; introducing the product mixed by the mixer into a briquetting machine and forming briquettes; the passivation of the briquette formed by the briquetting machine, coating the briquette with an insoluble liquid from the glass of water; and a stage of curing the briquette at room temperature for 8 hours. The briquette is then placed in a vertical reduction furnace and reduced by the exhaust gases generated in the iron-making furnace.

[0022] 0 documento PI 7705930-1, em nome de COMPANHIA VALE DO RIO DOCE, e intitulado "Processo de aglomeração de minério de ferro por briquetagem, em atmosfera oxidante", descreve um processo de aglomeração de finos de minério de ferro por briquetagem, em atmosfera oxidante, que compreende a briquetagem dos finos com adições de cal hidratada, em teores de 0,5 a 10% e de água, em teores de 0,0 a 10%, em peso, seguido de tratamento de endurecimento dos briquetes produzidos em atmosfera oxidante, na faixa de temperaturas médias de 800 a 1345 °C, por um período de 1 a 120 minutos. Outros possíveis aglutinantes mencionados são melaço, dextrina, bentonita, fécula de mandioca e alcatrão, sendo ainda mencionado que tais aglutinantes podem ser substituídos, em parte ou totalmente, por 0,1% a 6%, em peso, de silicato de sódio.[0022] The document PI 7705930-1, on behalf of COMPANHIA VALE DO RIO DOCE, and entitled "Iron ore agglomeration process by briquetting, in an oxidizing atmosphere", describes a process of agglomeration of iron ore fines by briquetting , in an oxidizing atmosphere, which comprises the briquetting of fines with the addition of hydrated lime, in contents of 0.5 to 10% and water, in contents of 0.0 to 10% by weight, followed by treatment of hardening of the briquettes produced in an oxidizing atmosphere, in the average temperature range of 800 to 1345 ° C, for a period of 1 to 120 minutes. Other possible binders mentioned are molasses, dextrin, bentonite, cassava starch and tar, and it is also mentioned that such binders can be replaced, in part or totally, by 0.1% to 6%, by weight, of sodium silicate.

[0023] 0 documento PI 0211877-7, em nome de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation e Robe River Mining Company Pty Ltd, e intitulado "Método para a produção de um briquete de minério de ferro", revela um método de produção de um briquete de minério de ferro que é adequado para uso como uma matéria-prima de alto-forno ou de outro forno de redução direta, que inclui as etapas de: (1) misturar minério e um fundente para formar uma mistura de minério e fundente; (2) prensar a mistura de minério e fundente em um briquete verde usando-se pressão de cilindro baixa; e (3) endurecer o briquete verde para formar um briquete queimado. De acordo com o relatório descritivo, a operação de baixa pressão para a briquetagem de minério de ferro descrita na etapa (2) é significante e torna possível alcançar altas taxas de produção pelo uso de cilindros largos na máquina de briquetagem de até 1,6 m de comprimento. A etapa de endurecimento (3) inclui aquecer o briquete a uma temperatura de queima dentro de 15 minutos. Preferivelmente, a temperatura de queima é de pelo menos 1200°C.[0023] PI 0211877-7, on behalf of Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization and Robe River Mining Company Pty Ltd, and entitled "Method for the production of an iron ore briquette", reveals a method of producing a iron ore briquette that is suitable for use as a blast furnace raw material or other direct reduction furnace, which includes the steps of: (1) mixing ore and a flux to form a mixture of ore and flux; (2) press the ore and flux mixture into a green briquette using low cylinder pressure; and (3) harden the green briquette to form a burnt briquette. According to the specification, the low pressure operation for iron ore briquetting described in step (2) is significant and makes it possible to achieve high production rates by using large cylinders in the briquetting machine up to 1.6 m of lenght. The hardening step (3) includes heating the briquette to a firing temperature within 15 minutes. Preferably, the firing temperature is at least 1200 ° C.

[0024] 0 pedido de patente norte-americano US 2013/0243973, em nome de Vale S.A. e intitulado "Application of carbon nanotubes on agglomerates of ore fines to increase the mechanical strength thereof,descreve a aplicação de nanotubos de carbono em aglomerados de minério para aumentar sua resistência mecânica. A invenção também se refere a um processo para a preparação de aglomerados de minério com resistência mecânica aumentada e a um aglomerado com nanotubos de carbono. 0 método de aplicação de nanotubos de carbono em aglomerados de finos de minério para aumentar a resistência mecânica compreende as etapas de: dispersar nanotubos de carbono em uma matriz por mistura mecânica ou usando processador ultra-sônico, realizar uma mistura mecânica com o minério, e aglomerar a mistura. Já o processo para a preparação de aglomerados de minério com alta resistência mecânica compreende: dispersão dos nanotubos de carbono em uma matriz para formar uma mistura; preparação da referida mistura; peletização ou briquetagem ou extrusâo da mistura para formar pellets ou briquetes; triagem dos pellets ou briquetes formados; secagem dos pellets ou briquetes; e triagem dos pellets ou briquetes.[0024] The US patent application US 2013/0243973, in the name of Vale SA and entitled "Application of carbon nanotubes on agglomerates of ore fines to increase the mechanical strength thereof, describes the application of carbon nanotubes in ore pellets to increase its mechanical strength. The invention also relates to a process for the preparation of ore pellets with increased mechanical strength and to a pellet with carbon nanotubes. The method of applying carbon nanotubes to pellets of ore fines the mechanical resistance comprises the steps of: dispersing carbon nanotubes in a matrix by mechanical mixing or using an ultrasonic processor, performing a mechanical mixing with the ore, and agglomerating the mixture, while the process for the preparation of ore pellets with high mechanical resistance comprises: dispersion of carbon nanotubes in a matrix to form a mixture; preparation of said mixture; pellet ization or briquetting or extrusion of the mixture to form pellets or briquettes; sorting the pellets or briquettes formed; drying pellets or briquettes; and sorting pellets or briquettes.

[0025] A presente invenção está relacionada ao desenvolvimento de um produto a partir de finos de minério (finos de sinter feede finos de hematitinha), pellet feede rejeitos da mineração de ferro com o objetivo de se obter um aglomerado com qualidade satisfatória para ser usado em reatores de redução, que são equipamentos que promovem a redução da carga através de reações de redução direta ou indireta, separando da carga ferrífera das impurezas e gerando produtos que serão destinados a diversas aplicações posteriores. A obtenção de um produto com qualidade física, química e metalúrgica partindo-se do aproveitamento de rejeitos de mineração traz um desafio considerável por se tratarem de partículas muito finas. Sendo assim, a distribuição granulométrica da mistura a ser compactada tem papel fundamental na obtenção de briquetes com propriedades físicas adequadas para uso em reatores de redução.[0025] The present invention is related to the development of a product from fines of ore (fines of sinter feede fines of hematitinha), pellet feede tailings from iron mining in order to obtain a pellet with satisfactory quality to be used in reduction reactors, which are equipment that promote the reduction of the load through reactions of direct or indirect reduction, separating the iron load from the impurities and generating products that will be destined for several later applications. Obtaining a product with physical, chemical and metallurgical quality based on the use of mining tailings poses a considerable challenge because they are very fine particles. Thus, the granulometric distribution of the mixture to be compacted has a fundamental role in obtaining briquettes with physical properties suitable for use in reduction reactors.

[0026] Cabe ainda salientar que são escassas na literatura publicações referentes à aplicação de briquetes para reatores de redução e que contenham somente finos de minério de ferro em sua constituição, sendo mais comumente encontrados trabalhos onde se utilizam briquetes fabricados com finos minério de ferro e de carvão mineral, os chamados briquetes autorredutores.[0026] It is also worth noting that there are few publications in the literature referring to the application of briquettes for reduction reactors and that contain only iron ore fines in their constitution, being more commonly found works using briquettes manufactured with fine iron ore and of mineral coal, the so-called self-reducing briquettes.

[0027] A presente invenção apresenta vantagens em comparação aos processos conhecidos referentes à briquetagem de minérios de ferro, tais como: aproveitamento de rejeitos de mineração do ferro, cura à baixa temperatura, utilização somente de silicato de sódio líquido como aglomerante e sem a necessidade de uso de carvão mineral ou carvão vegetal na composição dos briquetes.[0027] The present invention has advantages in comparison to the known processes referring to briquetting of iron ores, such as: use of iron mining waste, curing at low temperature, using only liquid sodium silicate as a binder and without the need use of mineral coal or charcoal in the composition of briquettes.

Objectives of the Invention

[0028] A presente invenção tem como objetivo proporcionar o desenvolvimento de um briquete de cura em baixas temperaturas a partir de misturas de rejeito de mineração de ferro e finos de minério de ferro, com o emprego de silicato de sódio líquido como aglomerante, visando a obtenção de um produto rico em ferro com qualidade intrínseca adequada para uso em reatores de redução.[0028] The present invention aims to provide the development of a curing briquette at low temperatures from mixtures of iron mining tailings and iron ore fines, with the use of liquid sodium silicate as a binder, aiming at obtaining a product rich in iron with intrinsic quality suitable for use in reduction reactors.

Summary of the invention

[0029] A presente invenção, em sua concretização preferencial, revela um processo de produção de briquetes por compactação compreendendo as seguintes etapas: a) misturar 10-50 % de rejeitos de mineração com minérios de ferro sob a forma de pellet feed,finos de sinter feede/ou finos de hematitinha, na proporção de até 50%, até completa homogeneização da mistura; b) ajustar a umidade da mistura para a faixa de 5 a 10% e promover a homogeneização; c) adicionar de 2% a 5% em peso de silicato de sódio líquido à mistura de rejeito e minério de ferro e promover a homogeneização; d) realizar a briquetagem do material resultante com pressão de compactação suficiente para obtenção de briquetes com densidade da ordem de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3; e e) submeter os briquetes obtidos a processo de cura a uma temperatura de 250 a 550°C, por um período de 20 a 40 minutos.[0029] The present invention, in its preferred embodiment, reveals a process of producing briquettes by compaction comprising the following steps: a) mixing 10-50% of mining waste with iron ores in the form of pellet feed, fines of sinter feede / or hematite fines, in the proportion of up to 50%, until complete homogenization of the mixture; b) adjust the humidity of the mixture to the range of 5 to 10% and promote homogenization; c) add 2% to 5% by weight of liquid sodium silicate to the mixture of tailings and iron ore and promote homogenization; d) perform the briquetting of the resulting material with sufficient compaction pressure to obtain briquettes with a density of the order of 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3; and e) subject the briquettes obtained to a curing process at a temperature of 250 to 550 ° C, for a period of 20 to 40 minutes.

Brief description of the figures

[0030] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:[0030] The present invention is described in detail based on the respective figures:

[0031] A Figura 1 apresenta um gráfico que ilustra a distribuição granulométrica das matérias-primas empregadas nos testes de compactabilidade.[0031] Figure 1 presents a graph that illustrates the granulometric distribution of the raw materials used in the compactability tests.

[0032] A Figura 2 mostra as curvas de distribuição granulométrica das misturas-teste binárias. Na legenda do gráfico, PF corresponde a pellet feede SF é usado para denominar os finos de sinter feed.[0032] Figure 2 shows the granulometric distribution curves of the binary test mixes. In the legend of the graph, PF corresponds to pellet feed and SF is used to name the sinter feed fines.

[0033] A Figura 3 apresenta a resistência das pastilhas de misturas-teste binárias de rejeito e pellet feed(PF) em função da densidade das pastilhas.[0033] Figure 3 shows the resistance of the binary mixtures of rejects and pellet feed (PF) as a function of the density of the tablets.

[0034] A Figura 4 apresenta a resistência das pastilhas de misturas-teste binárias de rejeito e finos de sinter feed(SF) em função da densidade das pastilhas.[0034] Figure 4 shows the resistance of the binary waste mixtures and sinter feed (SF) test pellets as a function of the pellet density.

[0035] A Figura 5 apresenta as curvas de resistência das pastilhas produzidas com as misturas-teste MT1 a MT9 (rejeito, pellet feede finos de hematitinha). Na legenda: P1 = pressão de compactação 1; P2 = pressão de compactação 2 e P3 = pressão de compactação 3, onde P1<P2<P3.[0035] Figure 5 shows the resistance curves of the tablets produced with the test mixtures MT1 to MT9 (tailings, thin hematite pellet feede). In the legend: P1 = compaction pressure 1; P2 = compaction pressure 2 and P3 = compaction pressure 3, where P1 <P2 <P3.

[0036] A Figura 6 mostra o fluxograma do processo de produção dos briquetes.[0036] Figure 6 shows the flowchart of the briquettes production process.

Detailed description of the invention

[0037] Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, concretizações preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.[0037] Although the present invention may be susceptible to different modalities, preferred embodiments are shown in the drawings and in the following detailed discussion with the understanding that the present description should be considered an example of the principles of the invention and is not intended to limit the present invention to what has been illustrated and described here.

[0038] A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um processo de produção de briquetes por compactação compreendendo as seguintes etapas: f) misturar 10-50 % de rejeitos de mineração com minérios de ferro sob a forma de pellet feed,finos de sinter feede/ou finos de hematitinha, na proporção de até 50%, até completa homogeneização da mistura; g) ajustar a umidade da mistura para a faixa de 5 a 10% e promover a homogeneização; h) adicionar de 2% a 5% em peso de silicato de sódio líquido à mistura de rejeito e minério de ferro e promover a homogeneização; i) realizar a briquetagem do material resultante com pressão de compactação suficiente para obtenção de briquetes com densidade da ordem de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3; e j) submeter os briquetes obtidos a processo de cura a uma temperatura de 250 a 550°C, por um período de 20 a 40 minutos.[0038] The main approach of this invention is related to a process of producing briquettes by compaction comprising the following steps: f) mixing 10-50% of mining waste with iron ores in the form of pellet feed, sinter feed fines / or hematite fines, in the proportion of up to 50%, until complete homogenization of the mixture; g) adjust the humidity of the mixture to the range of 5 to 10% and promote homogenization; h) add 2% to 5% by weight of liquid sodium silicate to the mixture of tailings and iron ore and promote homogenization; i) carry out the briquetting of the resulting material with sufficient compaction pressure to obtain briquettes with a density of the order of 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3; and j) subject the obtained briquettes to a curing process at a temperature of 250 to 550 ° C, for a period of 20 to 40 minutes.

[0039] Para a fabricação dos briquetes, quatro diferentes tipos de matérias-primas podem ser utilizadas para a formulação das misturas: (a) rejeito de mineração de ferro (rejeito seco); (b) finos de sinter feed(fração abaixo de 0,5 mm); (c) finos de hematitinha (fração abaixo de 3,36 mm) e (d) pellet feed.E em todas as misturas deve-se utilizar silicato de sódio líquido como aglomerante.[0039] For the manufacture of briquettes, four different types of raw materials can be used for the formulation of mixtures: (a) iron mining tailings (dry tailings); (b) sinter feed fines (fraction below 0.5 mm); (c) hematite fines (fraction below 3.36 mm) and (d) pellet feed. In all mixtures, liquid sodium silicate should be used as a binder.

[0040] As composições químicas aproximadas e as curvas de distribuição granulométrica de cada matéria-prima empregada na produção dos briquetes são apresentadas na Tabela 1 a seguir e na Figura 1: Tabela 1 -Composição química das matérias-primas

[0040] The approximate chemical compositions and granulometric distribution curves of each raw material used in the production of briquettes are shown in Table 1 below and in Figure 1: Table 1 - Chemical composition of raw materials

[0041] Com relação ao aglomerante, foi utilizado silicato de sólido líquido com 36% a 46% de sólidos, composto por 8% a 16% de Na2O, 27% a 32% de SiO2, 54,0% a 64% de H20, densidade real de 1,4 g/cm3 a 1,6 g/cm3 e viscosidade de 350 cP a 1180,0 cP a25°C.[0041] Regarding the binder, liquid solid silicate with 36% to 46% solids was used, composed of 8% to 16% Na2O, 27% to 32% SiO2, 54.0% to 64% H20 , actual density from 1.4 g / cm3 to 1.6 g / cm3 and viscosity from 350 cP to 1180.0 cP at 25 ° C.

[0042] Para que fossem determinadas as condições ideais de produção dos briquetes (densidade, umidade, proporção das diferentes matérias-primas), foram propostas misturas-teste com variadas proporções de rejeito, finos de sinter feed,finos de hematitinha e pellet feedque resultaram em misturas-teste binárias (rejeito-pellet feede rejeito-finos de sinter feed) e misturas-teste ternárias (rejeito-pellet feed-finos de sinter feederejeito-pellet feed-finos de hematitinha). 0 aglomerante utilizado em todas as misturas-teste foi o silicato de sódio líquido.[0042] In order to determine the ideal conditions for the production of briquettes (density, humidity, proportion of different raw materials), test mixtures with varying proportions of tailings, sinter feed fines, hematite fines and pellet feed resulted in binary test mixes (refuse-pellet feed and refuse-fine sinter feed) and ternary test mixes (feed-fine refuse-pellet from sinter feedereje-pellet feed-fin de hematitinha). The binder used in all test mixtures was liquid sodium silicate.

[0043] A partir das misturas-teste foram produzidas em prensa hidráulica pastilhas cilíndricas de 8mm de diâmetro com pressão de compactação suficiente para se obter pastilhas com densidades de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3 e umidade das misturas de 5% a 10%. As pastilhas das misturas-testes foram então submetidas a ensaios de compactabilidade que consistiram em teste de queda, aferição de umidade, densidade e análise da microestrutura.[0043] From the test mixes, cylindrical tablets of 8 mm in diameter were produced in a hydraulic press with sufficient compaction pressure to obtain tablets with densities from 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3 and moisture from the mixtures of 5% to 10%. The tablets of the test mixes were then subjected to compactability tests that consisted of drop test, moisture measurement, density and analysis of the microstructure.

[0044] As proporções de cada componente nas diferentes formulações das misturas-teste são apresentadas na Tabela 2. Tabela 2 -Composição das misturas-teste de rejeito e minérios

[0044] The proportions of each component in the different formulations of the test mixtures are shown in Table 2. Table 2 - Composition of the test mixes of tailings and ores

[0045] As proporções dos finos de minério nas misturas-teste binárias variaram de 0% a 100% de modo que fosse possível avaliar o comportamento das pastilhas à medida que se modifica a sua composição e distribuição granulométrica. Pastilhas produzidas somente com o rejeito (T2) apresentam baixa concentração de ferro e partículas muito finas em sua constituição e ainda um valor elevado de perda por calcinação (PPC). À medida que se substitui o rejeito pelos finos de sinter feedou pellet feed,observa-se uma melhora na qualidade química das misturas resultando no aumento da porcentagem de ferro total e diminuição da quantidade de sílica e alumínio. Valores de ferro total abaixo de 50% e sílica acima de 10% não são desejáveis para a produção de um aglomerado que será usado em fornos de redução. 0 uso de matérias-primas, em reatores de redução, com baixo teor de ferro e alta porcentagem de sílica resultam em perda de produtividade, aumento do consumo de combustível e aumento na geração de escória.[0045] The proportions of ore fines in the binary test mixtures varied from 0% to 100% so that it was possible to evaluate the behavior of the tablets as their composition and granulometric distribution are modified. Tablets produced only with tailings (T2) have a low concentration of iron and very fine particles in their constitution and also a high value of loss by calcination (PPC). As the waste is replaced by the fines of sinter feed or pellet feed, an improvement in the chemical quality of the mixtures is observed, resulting in an increase in the percentage of total iron and a decrease in the amount of silica and aluminum. Values of total iron below 50% and silica above 10% are not desirable for the production of agglomerate that will be used in reduction furnaces. The use of raw materials in reduction reactors, with low iron content and a high percentage of silica, results in lost productivity, increased fuel consumption and increased slag generation.

[0046] As características granulométricas das misturas também são fatores importantes a serem analisados quando se produz um aglomerado a partir de diferentes matérias-primas. A Figura 2 mostra as distribuições granulométricas das misturas-teste binárias.[0046] The granulometric characteristics of the mixtures are also important factors to be analyzed when producing agglomerate from different raw materials. Figure 2 shows the granulometric distributions of the binary test mixes.

[0047] Como esperado, o rejeito apresenta uma distribuição granulométrica na qual predominam partículas muito finas, tendo aproximadamente 80% das partículas com tamanho abaixo de 12pm. As misturas de rejeito e minérios apresentam distribuições intermediárias, sendo os tamanhos de partículas uma média dos tamanhos das partículas dos componentes das misturas, guardadas as proporções de cada na constituição do blend.Em se tratando de aglomeração por pressão (briquetagem) é desejável um blendque apresente uma distribuição granulométrica mais ampla, evidenciando a presença de partículas de diferentes tamanhos, desde os maiores até os menores tamanhos de partículas. Apesar de apresentarem uma boa distribuição de tamanhos, os blendssão compostos majoritariamente por partículas abaixo de 100pm. A presença de partículas com diferentes tamanhos propicia um melhor empacotamento das mesmas e, em consequência, uma maior densificação do blendquando compactado. Partículas menores tendem a ocupar os espaços entre as partículas maiores resultando em uma estrutura mais compacta e gerando um aglomerado de maior resistência.[0047] As expected, the tailings have a granulometric distribution in which very fine particles predominate, with approximately 80% of the particles below 12pm in size. Mixtures of tailings and ores have intermediate distributions, with particle sizes being an average of the particle sizes of the components of the mixtures, keeping the proportions of each in the constitution of the blend. In the case of pressure agglomeration (briquetting) a blendque is desirable present a wider particle size distribution, showing the presence of particles of different sizes, from the largest to the smallest particle sizes. Despite having a good size distribution, blends are mainly composed of particles below 100pm. The presence of particles with different sizes provides a better packaging and, consequently, a greater densification of the blend when compacted. Smaller particles tend to occupy the spaces between the larger particles resulting in a more compact structure and generating a cluster of greater resistance.

[0048] A resistência do aglomerado é uma variável que é influenciada por uma série de parâmetros da mistura, desde a proporção de cada componente, umidade da mistura, densidade e pressão de compactação. A Figura 3 mostra a resistência (porcentagem de geração de finos após teste de queda) das pastilhas de misturas-teste binárias de rejeito e pellet feed em função da densidade das pastilhas.[0048] The strength of the agglomerate is a variable that is influenced by a series of parameters of the mixture, from the proportion of each component, moisture of the mixture, density and compaction pressure. Figure 3 shows the resistance (percentage of fines generation after drop test) of the binary rejects and pellet feed test pellets as a function of the pellet density.

[0049] Observa-se que os valores mais baixos de geração de finos, que correspondem a uma melhor resistência das pastilhas, são obtidos quando se aumenta a densidade das pastilhas de cada mistura. A elevação na densidade é propiciada pelo aumento da pressão de compactação aplicada nas pastilhas. Pressões de compactação mais elevadas promovem um melhor empacotamento e facilitam o contato entre as partículas e o aglomerante, influenciando positivamente na resistência das pastilhas. Valores de umidade das misturas em torno de 12% retornaram pastilhas com resistência comumente menores do que quando a umidade era de 8%.[0049] It is observed that the lower values of generation of fines, which correspond to a better resistance of the tablets, are obtained when increasing the density of the tablets of each mixture. The increase in density is caused by an increase in the compaction pressure applied to the tablets. Higher compaction pressures promote better packaging and facilitate contact between the particles and the binder, positively influencing the strength of the tablets. Humidity values of the mixtures around 12% returned tablets with commonly lower resistance than when the humidity was 8%.

[0050] À medida em que se aumenta a proporção de rejeito nas misturas com o pellet feed,observa-se uma queda de resistências das pastilhas, sendo a formulação com 25% de rejeito e densidades de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3 a que apresentou a melhor resistência no teste de queda. A diminuição da resistência está relacionada com a queda da densidade das pastilhas para maiores proporções de rejeito. Para elevadas proporções de rejeito nas pastilhas faz-se necessária uma maior quantidade de aglomerante para formar o filme de silicato de sódio nas superfícies das partículas devido à maior área superficial do rejeito.[0050] As the proportion of tailings in mixtures with the pellet feed increases, there is a drop in resistance of the inserts, with the formulation having 25% tailings and densities from 2.5 g / cm3 to 3, 5 g / cm3 which presented the best resistance in the drop test. The decrease in resistance is related to the drop in the density of the tablets to higher proportions of tailings. For high proportions of rejects in the tablets, a larger amount of binder is required to form the sodium silicate film on the surfaces of the particles due to the greater surface area of the tailings.

[0051] Um comportamento similar foi observado nas misturas-teste binárias de rejeito e finos de sinter feed.0 gráfico de resistência em função da densidade das pastilhas é apresentado na Figura 4.[0051] A similar behavior was observed in the binary test mixtures of tailings and fines of sinter feed. Graph of resistance as a function of the density of the tablets is shown in Figure 4.

[0052] As condições que geraram pastilhas com melhores resistências também foram para densidades de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3. E, para o caso das misturas de finos de sinter feederejeito, a formulação com 50% de rejeito e 50% de finos de minérios foi a que apresentou melhor resistência. Para ambos os casos de blends,seja com finos de sinter feedou pellet feed,verificou-se que os melhores valores de resistência são encontrados nas pastilhas com densidade de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3. E, as pastilhas compostas de rejeito e finos de sinter feed apresentam resistência ligeiramente inferior àquela observada nas pastilhas de rejeito e pellet feed.[0052] The conditions that generated inserts with better resistance were also for densities of 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3. And, in the case of mixtures of sinter feedstock fines, the formulation with 50% tailings and 50% ore fines was the one with the best resistance. For both blends, either with sinter feeds or pellet feed fines, it was found that the best strength values are found in tablets with a density of 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3. And, the waste and fine sinter feed inserts have slightly lower strength than that seen in the waste and pellet feed inserts.

[0053] Como observado no gráfico da Figura 4, a densidade das pastilhas desempenha um papel fundamental na resistência. As composições com maior proporção de rejeito apresentam menor densidade e à medida em que se aumenta a densidade das pastilhas diminui-se a geração de finos.[0053] As noted in the graph in Figure 4, the density of the inserts plays a key role in resistance. Compositions with a higher proportion of tailings have lower density and as the density of the tablets increases, the generation of fines decreases.

[0054] As misturas-teste ternárias contendo rejeito, finos de sinter feede pellet feedapresentam variadas proporções de rejeito em sua constituição e também diferentes porcentagens dos minérios. Apesar da presença do rejeito nas misturas, podendo este chegar a 30% como no caso do teste T10, as composições químicas das misturas mostram que em todas as formulações há elevada porcentagem de ferro e baixa concentração de elementos deletérios, sendo quimicamente viáveis todas as misturas-teste. As pastilhas apresentaram densidades com valores de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3, independente das proporções dos componentes. A condição de compactação se manteve constante para todos os testes (umidade e pressão de compactação). Os valores similares de densidade indicam que todas as misturas apresentam características semelhantes de compactabilidade. A maior presença de rejeito em algumas formulações não afetou significativamente a densidade dos compactados, sendo a pressão aplicada e umidade os fatores determinantes na obtenção de pastilhas com densidade e propriedades adequadas.[0054] The ternary test mixtures containing tailings, sinter feed fines and pellet feeds present varying proportions of tailings in their constitution and also different percentages of ores. Despite the presence of tailings in the mixtures, which may reach 30% as in the case of the T10 test, the chemical compositions of the mixtures show that in all formulations there is a high percentage of iron and a low concentration of harmful elements, with all mixtures being chemically viable. -test. The tablets showed densities ranging from 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3, regardless of the proportions of the components. The compaction condition remained constant for all tests (humidity and compaction pressure). Similar density values indicate that all mixtures have similar compactability characteristics. The greater presence of tailings in some formulations did not significantly affect the density of the compacts, the applied pressure and humidity being the determining factors in obtaining tablets with adequate density and properties.

[0055] A presença crescente de finos de sinter feedna constituição das pastilhas afetou a resistência à queda das mesmas. As formulações com maior proporção de finos de sinter feed(T15 e T17) geraram mais finos após teste de queda. A composição que demonstrou melhor resultado de resistência no ensaio de queda foi o teste T11, que consiste em 20% de rejeito, 10% de finos de sinter feede 70% de pellet feed.[0055] The increasing presence of sinter feed fines in the composition of the tablets affected their resistance to falling. The formulations with a higher proportion of sinter feed fines (T15 and T17) generated fines after the drop test. The composition that demonstrated the best resistance result in the drop test was the T11 test, which consists of 20% tailings, 10% sinter feed fines and 70% pellet feed.

[0056] Formulações de misturas-teste ternárias contendo finos de hematitinha -MT1 a MT9 (Tabela 1) também foram propostas e as pastilhas provenientes dessas misturas passaram pelos ensaios de compactabilidade. Todas as misturas apresentaram elevada porcentagem de ferro total e quantidade aceitável de elementos deletérios, fator este que garante a qualidade química dos aglomerados a serem produzidos a partir desses blends.A Figura 5 apresenta as curvas de resistência das pastilhas confeccionadas a partir de misturas-teste ternárias MT1 a MT9.[0056] Formulations of ternary test mixtures containing hematite fines -MT1 to MT9 (Table 1) were also proposed and the tablets from these mixtures passed the compactability tests. All mixtures showed a high percentage of total iron and an acceptable amount of harmful elements, a factor that guarantees the chemical quality of the agglomerates to be produced from these blends. Figure 5 shows the resistance curves of the tablets made from test mixtures. ternary MT1 to MT9.

[0057] À medida em que se aumenta a pressão de compactação, as pastilhas adquirem resistência, diminuindo a porcentagem de finos gerada. 0 aumento da pressão de compactação proporciona um maior empacotamento das partículas, aproximando-as e favorecendo o contato com o aglomerante, além de tornar o aglomerado mais resistente. Proporções crescentes de rejeito nas misturas promovem uma diminuição da densidade e da resistência das pastilhas. Como o rejeito é constituído de partículas muito finas, quanto maior a proporção de rejeito utilizada nas misturas, maior será a área superficial que o aglomerante precisará recobrir; por isso para elevadas proporções de rejeito tem-se a diminuição da resistência das pastilhas. As misturas com elevadas proporções de finos de hematitinha resultaram em pastilhas com resistências superiores àquelas feitas a partir de misturas com frações majoritárias de pellet feed.Nota-se pelas curvas uma tendência de diminuição da resistência das pastilhas à medida em que as partículas de hematitinha são substituídas por pellet feed. Este comportamento é, provavelmente, consequência da diminuição da variação dos tamanhos das partículas nas misturas, pois as partículas maiores dos finos de hematitinha, que auxiliam na compactabilidade da estrutura estão sendo substituídas por partículas de menor diâmetro do pellet feed.[0057] As the compaction pressure increases, the inserts acquire resistance, decreasing the percentage of fines generated. The increase in the compaction pressure provides a greater packing of the particles, bringing them closer together and favoring contact with the binder, in addition to making the agglomerate more resistant. Increasing proportions of tailings in the mixtures promote a decrease in the density and strength of the tablets. As the tailings are made up of very fine particles, the greater the proportion of tailings used in the mixtures, the greater the surface area that the binder will need to cover; therefore, for high proportions of waste, there is a decrease in the resistance of the tablets. Mixtures with high proportions of hematite fines resulted in pellets with resistances superior to those made from mixtures with majority fractions of pellet feed. It is noted by the curves a trend of decreasing pellet resistance as the hematite particles are replaced by pellet feed. This behavior is probably a consequence of the decrease in the variation of the particle sizes in the mixtures, since the larger particles of the hematite fines, which help in the compactness of the structure are being replaced by particles of smaller diameter of the pellet feed.

[0058] Dos testes de compactabilidade nas misturas-teste, utilizando pastilhas de 8mm, foi possível concluir que os briquetes a serem produzidos deverão possuir teor de rejeito da ordem de 10 a 50%, com pressão de compactação que propicie densidades na faixa de 2,5 g/cm3 a 3,5 g/cm3e umidade das misturas a briquetar de 5% a 10%.[0058] From the compactability tests in the test mixtures, using 8mm inserts, it was possible to conclude that the briquettes to be produced must have a tailing content of the order of 10 to 50%, with compaction pressure that provides densities in the range of 2 , 5 g / cm3 to 3.5 g / cm3and moisture of the mixtures to be briquetted from 5% to 10%.

[0059] A partir dos resultados dos testes de compactabilidade, misturas binárias e ternárias com rejeitos foram preparadas para produção de briquetes com tamanho na faixa 20 -30 mm. A briquetagem das misturas binárias e/ou ternárias é realizada em uma briquetadeira com alimentação por batelada. Após a briquetagem das misturas, os briquetes devem passar por uma etapa de cura realizada a uma temperatura de 250°C a 550°C sendo esta etapa necessária para que os briquetes adquiram resistência em função da presença do aglomerante. A Figura 6 mostra o fluxograma do processo de produção dos briquetes.[0059] From the results of the compactability tests, binary and ternary mixtures with tailings were prepared for the production of briquettes with a size in the range 20 -30 mm. Briquetting of binary and / or ternary mixtures is carried out in a batch-fed briquetter. After the briquetting of the mixtures, the briquettes must go through a curing step carried out at a temperature of 250 ° C to 550 ° C, this step being necessary for the briquettes to acquire resistance due to the presence of the binder. Figure 6 shows the flowchart of the briquette production process.

[0060] Os briquetes produzidos foram submetidos a testes de redutibilidade em fornos de redução conforme a Norma ISO 7215. Os valores obtidos de redutibilidade situaram na faixa de 70 a 75%.[0060] The briquettes produced were subjected to reducibility tests in reduction furnaces according to ISO 7215. The values obtained for reducibility were in the range of 70 to 75%.

[0061] Os valores de redutibilidade obtidos indicam que os briquetes na faixa de 20-30mm que foram produzidos a partir de rejeitos possuem características físicas e metalúrgicas para uso em fornos de redução industrial para obtenção de gusa. A redutibilidade é uma propriedade importante, pois influencia diretamente a operação do reator de redução no qual o briquete será empregado. Valores elevados de redutibilidade são desejáveis para as matérias-primas que são carregadas nos fornos, pois proporcionam aumento na produtividade e também economia de combustível já que o briquete reduz facilmente quando submetido às condições de operação do forno redutor. Deste modo, é viável a utilização de rejeitos na composição dos briquetes dado que os briquetes apresentaram qualidades físicas e metalúrgicas que os tornam aplicáveis em tais reatores.[0061] The reducibility values obtained indicate that the briquettes in the 20-30mm range that were produced from tailings have physical and metallurgical characteristics for use in industrial reduction furnaces to obtain pig iron. Reducibility is an important property, as it directly influences the operation of the reduction reactor in which the briquette will be used. High reducibility values are desirable for the raw materials that are loaded into the furnaces, as they provide increased productivity and also fuel savings since the briquette reduces easily when subjected to the operating conditions of the reducing furnace. Thus, the use of tailings in the composition of the briquettes is feasible given that the briquettes had physical and metallurgical qualities that make them applicable in such reactors.

[0062] Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.[0062] Thus, although only some modalities of the present invention have been shown, it will be understood that various omissions, substitutions and changes can be made by a technician versed in the subject, without departing from the spirit and scope of the present invention. The described modalities should be considered in all aspects only as illustrative and not restrictive.

[0063] É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.[0063] It is expressly provided that all combinations of elements that perform the same function in substantially the same way to achieve the same results are within the scope of the invention. Substitutions of elements from one modality described to another are also fully intended and contemplated. The intention is therefore to be limited, as indicated by the scope of the appended claims.

Claims

1. Production process of iron ore briquettes comprising mining tailings characterized by comprising the following steps: a) mixing 10-50% of mining tailings with iron ores in the form of pellet feed, sinter feed fines with fraction below 0.5 mm and / or hematite fines with a fraction below 3.36 mm, in the proportion of up to 50%, until complete homogenization of the mixture; b) adjust the humidity of the mixture to the range of 5 to 10% and promote homogenization; c) add 2% to 5% by weight of liquid sodium silicate to the mixture of tailings and iron ore and promote homogenization; d) perform the briquetting of the resulting material with sufficient compaction pressure to obtain briquettes with a density between 2.5 g / cm3 to 3.5 g / cm3; and e) subject the briquettes obtained to a curing process at a temperature of 250 to 550 ° C, for a period of 20 to 40 minutes.

2. Process, according to claim 1, characterized by the fact that the sodium silicate solution contains liquid sodium silicate with 36% to 46% solids.

3. Process, according to claim 2, characterized by the fact that liquid sodium silicate is composed of 8% to 16% Na2O, 27% to 32% SiO2, 54.0% to 64% H2O, density 1.4 g / cm3 to 1.6 g / cm3 and viscosity from 350 cP to 1180.0 cP at 25 ° C.

4. Process, according to claim 1, characterized by the fact that the briquetting is carried out in a briquetter with batch feeding.