BR102019022724B1

BR102019022724B1 - Processo de produção de agregado artificial a partir de rejeitos de mineração, agregado artificial, composição de concreto e uso

Info

Publication number: BR102019022724B1
Application number: BR102019022724-9A
Authority: BR
Inventors: Evandro Moraes Da Gama; Larissa Virgínia Queiroz Fagundes; Abdias Magalhães Gomes
Original assignee: Vale S.A.; Fundação De Amparo À Pesquisa Do Estado De Minas Gerais - Fapemig; Universidade Federal De Minas Gerais - Ufmg
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-06-16
Also published as: WO2021081613A1; MX2022004985A; AU2020375359A1; BR102019022724A2; AR120355A1; US20220371956A1; CN114981228A

Abstract

processo de produção de agregado artificial a partir de rejeitos de mineração, agregado artificial, composição de concreto e uso. a presente invenção refere-se ao processo de produção de agregado artificial a partir de rejeitos de barragens de minério. o rejeito arenoso de minério de ferro é misturado a um aglomerante e, através do processo de mistura e pelotização, forma o agregado artificial. o agregado artificial assim produzido apresenta forma esferoidal, tamanho graúdo, superfície rugosa e coloração que varia entre o rosa e o vermelho escuro. esse agregado artificial é capaz de substituir o agregado natural, e pode ser utilizado na fabricação de um concreto mais resistente, para base e sub-base de estradas de rodagem, como elemento decorativo para jardins e canteiros, além de ser uma forma de estocagem de rejeitos de barragem de minério sob a forma de pelotas, agregando valor a estes rejeitos e reduzindo os impactos ambientais das minerações

Description

“PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL A PARTIR DE REJEITOS DE MINERAÇÃO, AGREGADO ARTIFICIAL, COMPOSIÇÃO DE CONCRETO E USO”

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se ao processo de produção de agregado artificial a partir de rejeitos de barragens de minério. O rejeito arenoso de minério de ferro é misturado a um aglomerante e, através do processo de mistura e pelotização, forma o agregado artificial. O agregado artificial assim produzido apresenta forma esferoidal, tamanho graúdo, superfície rugosa e coloração que varia entre o rosa e o vermelho escuro. Esse agregado artificial é capaz de substituir o agregado natural, e pode ser utilizado na fabricação de um concreto mais resistente, para base e sub-base de estradas de rodagem, como elemento decorativo para jardins e canteiros, além de ser uma forma de estocagem de rejeitos de barragem de minério sob a forma de pelotas, agregando valor a estes rejeitos e reduzindo os impactos ambientais das minerações.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Os agregados para construção civil e para base e sub-base de estradas são geralmente naturais, oriundos de pedreiras de gnaisse, granitos e calcários, entre outras rochas. Essas pedreiras são exploradas por concessões minerais federais. A exploração dessas rochas dentro das grandes cidades não é permitida, por gerar problemas ambientais nas proximidades de comunidades urbanas. No caso de estradas, a exploração desses minerais ao longo do traçado da estrada requer a obtenção de licenças. Dessa forma, a produção do agregado natural é onerosa e complexa, demanda obtenção de licenças e envolve perfuração, desmonte, britagem, peneiramento e lavagem.

[003] Os rejeitos de minério de ferro são resíduos remanescentes do processo de beneficiamento e concentração de minérios em instalações industriais. Devido ao tipo de minério e às diferenças no processo de beneficiamento do mineral, os rejeitos apresentam grande variedade em suas características, tais como: granulometria, mineralogia, densidade e forma da partícula. Diante disso, as propriedades do rejeito de minério de ferro podem variar, desde materiais com granulometria muito fina e alta plasticidade até materiais não plásticos com

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2/13 característica arenosa (MACHADO, W. G. F. (2007). Monitoramento de Barragens de Contenção de Rejeitos da Mineração. Dissertação de Mestrado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. 155p).

[004] Os rejeitos de mineração já são aplicados como matéria prima para construção civil, na produção de concreto. Franco e colaboradores utilizaram a lama de barragens de minério de ferro como agregado artificial para substituição do agregado miúdo natural empregado ao concreto, nas porcentagens de 0,5%, 5%, 10% e 50% (FRANCO, L. C. et al. Aplicação de rejeito de mineração como agregado para a produção de concreto. 2014. 56° Congresso Brasileiro do Concreto - Natal/RN. Ed.: IBRACON. ISSN.:2175-8182. Português, p.561 2014).

[005] Os rejeitos de minério de ferro podem ser utilizados como agregados finos por serem relativamente inertes e pelo tamanho das partículas ser significativamente maior do que o do cimento. Entretanto, o rejeito de minério de ferro apresenta potencial para substituição à areia natural como agregado fino, sendo uma alternativa mais barata e ambientalmente amigável (ZHAO, S.; FAN, J.; SUN, W. Utilization of iron ore tailing as fine aggregate in ultra-high performance concrete. Construction and Building Materials, v 50, p 540-548. 2014; (HUANG, X.; RANADE, R.; NI, W.; LI, V.C. Development of Green engineered cementitious composites using iron ore tailigs as aggregates. Construction and Building Materials, v 44, p 757-764).

[006] Encontram-se no estado da técnica estratégias baseadas no uso do rejeito de barragens de minério de ferro como matéria prima a fim de minimizar impactos ambientais decorrentes da exploração de materiais naturais e das obras de engenharia.

[007] O pedido de patente BR1020130312606, intitulado “Utilização de rejeito de barragens de minério de ferro como matéria prima para construção de infraestrutura rodoviária” reporta um método de aplicação de rejeito de minério de ferro como matéria-prima para construção de infraestrutura rodoviária e vias urbanas através de uma mistura composta de rejeitos e ligante hidráulico, pozolana, cal, escória, cimento, entre outros. Porém, desse método envolve mistura física e compactação mecânica, tanto por ações químicas de

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3/13 endurecimento das misturas, quanto por energia mecânica de compactação ou por uma combinação destas.

[008] Existem no estado da técnica outras tecnologias que tratam de agregados artificiais para aplicação em concretos ou estradas, sobretudo de agregados formados por materiais de rejeito industrial ou rejeito de construção civil para redução de custos de disposição e de carga ambiental dos resíduos industrial. Dentre estas, destacam-se as citadas a seguir.

[009] O documento KR101631276, intitulado “Manufacturing method of recycled aggregates using bauxite residue’, descreve um agregado artificial rígido que pode exibir um nível fixo de força através de um processo de solidificação de uma mistura composta de bauxita residual, cimento, um aditivo composto por um agente solidificante e um aglutinante inorgânico, que pode ser aplicado como material de drenagem ou similar para o processo de melhoria do solo.

[0010] O documento JP2005104804, intitulado “Artificial Aggregate’, apresenta um material agregado artificial formado por aquecimento e sinterização de um corpo moldado que compreende cinzas de carvão, cinzas de alumínio, cimento e água, para utilização na produção de concreto e material de calçada.

[0011] O documento JP2008137842, intitulado “Method of manufacturing artificial aggregate using construction waste’, apresenta um método de fabricação de um agregado artificial usando resíduos de construção, tais como vidros, detritos e concreto, gerados a partir de edifícios demolidos. Tais resíduos são misturados a cimento e água, e em seguida são submetidos ao processo de granulação.

[0012] Assim, o estado da técnica compreende agregados artificiais com aplicações que se detêm apenas como elementos construtivos fabricados a partir de resíduos de construção civil ou resíduos industriais como bauxita residual e cinzas de carvão. A citação que emprega rejeitos de barragens de minério de ferro como matéria prima para construção de infra-estrutura rodoviária está relacionada a uma mistura compactada no local da estrada, uma massa composta de vários insumos que é apertada ou compactada. Não há no estado da técnica uma técnica capaz de utilizar rejeitos de barragens de minério de ferro como matéria-prima para fabricação de um agregado capaz de ser utilizado a posteriori em aplicações como construção civil.

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[0013] A presente invenção descreve um agregado artificial obtido a partir rejeitos de barragens de minério de ferro composto por rejeito arenoso fino e aglomerante como cimento ou pozolana, que são misturados e pelotizados, conferindo forma esferoidal ao produto, que possui tamanho graúdo (de 4,8 a 16 mm), superfície rugosa e coloração que varia entre o rosa e o vermelho escuro, possuindo propriedades físicas adequadas para utilização em aplicações como construção civil, sub-base de estradas de rodagem, estocagem de rejeitos de barragem na forma de pelotas, elemento decorativo para jardins e canteiros. Descreve também um processo eficiente e eficaz para a fabricação do referido agregado artificial a partir rejeitos de barragens de minério de ferro e uma composição de concreto para construção civil utilizando o referido agregado artificial como substituinte parcial da brita natural. O agregado artificial é capaz de substituir o agregado natural (brita) no concreto, levando o concreto a ter resistência compatível quando da utilização do agregado natural (resistência à compressão axial - NBR 5739: 2007).

[0014]

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0015] A Figura 1 ilustra um fluxograma do processo de produção do agregado artificial a partir de rejeito arenoso de mineração proposto pela presente invenção. [0016] A Figura 2 exibe uma pelota de agregado artificial, produzida de acordo com o processo descrito na presente invenção.

[0017] A Figura 3 exibe os morteiros de concreto na forma padrão com agregado natural e com as misturas I e III.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0018] A presente invenção refere-se ao processo de produção de agregado artificial a partir de rejeitos de barragens de minério. O rejeito arenoso de minério de ferro é misturado a um aglomerante e, através do processo de mistura e pelotização, forma o agregado artificial. O agregado artificial assim produzido apresenta forma esferoidal, tamanho graúdo, superfície rugosa e coloração que varia entre o rosa e o vermelho escuro. Esse agregado artificial é capaz de substituir o agregado natural, e pode ser utilizado na fabricação de um concreto

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5/13 mais resistente, para base e sub-base de estradas de rodagem, como elemento decorativo para jardins e canteiros, além de ser uma forma de estocagem de rejeitos de barragem de minério sob a forma de pelotas, agregando valor a estes rejeitos e reduzindo os impactos ambientais das minerações.

[0019] O processo de produção do agregado artificial é realizado a temperatura ambiente e compreende as seguintes etapas:

a. Prover um rejeito de mineração arenoso com granulometria entre 0,03 e 11 mm;

b. Misturar o rejeito arenoso e um aglomerante em que a composição da mistura possua 65 a 85% em peso de rejeito de mineração e 15 a 35% em peso de aglomerante, por aproximadamente 30 a 60 minutos até a mistura ficar homogênea;

c. Pelotizar a temperatura ambiente a mistura em uma máquina de pelotização adicionando água de forma aspergida;

d. Realizar a cura das pelotas a temperatura ambiente por um período que varia de 1 a 14 dias.

[0020] O rejeito de mineração citado na etapa “a” pode ser um rejeito arenoso fino proveniente de barragens de minério de ferro e contendo os minerais Goethita, Hematita, Quartzo, Caulinita e preferencialmente também Gibbsita.

[0021] Caso o rejeito arenoso tenha umidade inferior a 20%, a mistura deve ser feita em misturadores contínuos com as seguintes características preferenciais: câmara de mistura com diafragma para ajuste de fluxo, rotor central, utensílios de mistura tipo pás e raspadores laterais. A rotação varia entre 10 e 45 rpm, de acordo com a homogeneidade da água na mistura.

[0022] Caso o rejeito arenoso possua umidade maior que 20% em peso, o mesmo precisará passar por um processo de secagem previamente à mistura e à pelotização, ou seja, após a etapa “a”. O processo de secagem poderá ser natural ou em secador rotativo usado para secar areia de dragagem de rio. Após secagem, o rejeito arenoso pode ser misturado ao aglomerante em misturador, conforme etapa “b” ou, alternativamente, poderá ser misturado ao aglomerante em um disco pelotizador com bordas reguláveis, sendo adicionados ao mesmo tempo.

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[0023] O aglomerante citado na etapa “b” pode ser pozolana comercial ou pozolana produzida com o próprio estéril da mineração após calcinação do estéril. [0024] O aglomerante pode ser a pozolana obtida a partir do estéril da mineração de ferro calcinada por tecnologia flash entre 750 e 950 C°, e misturada com cimento Portland CPV na proporção em massa de 25 a 30% em peso do estéril calcinado e 70 a 75% em peso de cimento Portland CPV.

[0025] Na etapa “c”, a máquina pelotizadora preferencialmente deve apresentar borda de altura regulável. A rotação deve ser entre 10 e 25 rpm, utilizando uma inclinação de disco entre 40 e 50°, por um período de tempo entre 30 e 70 minutos, considerando uma massa de 400 kg. A pelotização é realizada a temperatura ambiente. Durante o processo de pelotização da etapa “c”, a água é aspergida de forma contínua quando a umidade da mistura está abaixo de 8%. A umidade ideal para formação da pelota varia entre 4 a 12%.

[0026] Por fim, como descrito na etapa “d”, deve ser realizada a cura das pelotas à temperatura ambiente por um período de 1 dia a 14 dias.

[0027] O agregado artificial, obtido através do processo acima descrito, é composto por 65 a 85% em peso de rejeito de mineração e 15 a 35% em peso de aglomerante, que são misturados e pelotizados, conferindo forma esferoidal ao produto, que possui tamanho graúdo (de 4,8 a 16 mm), superfície rugosa, coloração variando entre rosa e vermelho escuro e preferencialmente diâmetro variando entre brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm), brita 00 (B00: -9,5mm +4,8mm) ou brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm).

[0028] O agregado artificial à base de rejeitos de barragens de minério pode ser utilizado na fabricação de concreto, para base e sub-base de estradas de rodagem; estocagem de rejeitos de barragem na forma de pelotas; ou elemento decorativo para jardins e canteiros.

[0029] A presente invenção propõe ainda uma composição de concreto empregando agregado artificial que é caracterizada por compreender:

15,2 a 18,6% em peso de cimento Portland;

32,8 a 34,3% em peso de areia natural;

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48,5 a 50,4% em peso de agregado (somente o artificial ou artificial e natural juntos).

[0030] Os percentuais da composição referem-se ao percentual em massa considerando-se a base seca. Para a obtenção do concreto deve-se adicionar água à composição.

[0031] A composição de concreto empregando agregado artificial pode conter somente o agregado artificial ou pode conter o agregado artificial junto com o agregado natural (brita).

[0032] Dentro da composição do concreto empregando agregado artificial, o percentual em peso do agregado pode ser dividido entre 25,2% em peso de brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm) e 25,2% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 24,3% em peso de brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm) e 24,3% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 12,1% em peso de brita 00 (B00: 9,5mm +4,8mm) e 36,4% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm).

[0033] A matéria tratada pode ser mais bem compreendida a partir dos seguintes exemplos, sem que os mesmos limitem o escopo da invenção.

EXEMPLO 1 - Processo de produção do agregado artificial

[0034] O processo de obtenção do agregado artificial foi realizado conforme Figura 1. O rejeito arenoso de minério de ferro misturado a um aglomerante propicia, por meio de um processo de mistura e pelotização a temperatura ambiente, a formação do material agregado artificial capaz de substituir o agregado natural graúdo, proporcionando resistência mecânica ao concreto, compatível com a norma brasileira NBR 5759.

[0035] O rejeito arenoso presente em barragens de minério de ferro possui granulometria entre de 0,03 e 11 mm. Sua composição mineralógica é bastante variável em porcentagem, porém o tipo de mineral é constante, composto por silício e minerais de ferro.

[0036] A Tabela 1 apresenta composições mineralógicas de amostras de rejeito obtidas em barragens de minério de ferro. Nota-se que a presente invenção possui especial interesse em utilizar os rejeitos de barragem de minério,

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8/13 principalmente o rejeito arenoso fino contendo os minerais Goethita, Hematita, Quartzo, Caulinita e preferencialmente também Gibbsita, mas outros rejeitos com características adequadas também podem ser utilizados.

Tabela 1 - Percentual dos componentes minerais dos rejeitos de barragem de minério de ferro

Amostra	Goethita	Hematita	Quartzo	Gibbsita	Caulinita
Rejeito 1	48,0	21,3	16,7	2,7	11,3
Rejeito 2	20,1	48,0	25,0		6,9
Rejeito 3	22,5	23,0	42,0		12,5

[0037] O processo de fabricação do agregado artificial inicia-se com a mistura de 65 a 75% de rejeito arenoso (granulometria fina a média) de barragens de minério de ferro com 25 a 35% de aglomerante.

[0038] No caso de o rejeito arenoso ter umidade inferior a 20%, a mistura deve ser feita em misturadores contínuos com as seguintes características preferenciais: câmara de mistura com diafragma para ajuste de fluxo, rotor central, utensílios de mistura tipo pás e raspadores laterais. A rotação varia entre 10 e 45 rpm, de acordo com a homogeneidade da água na mistura.

[0039] Se o rejeito arenoso de barragem contiver mais de 20% de umidade, este deverá passar por processo de secagem. O processo poderá ser natural ou em secador rotativo usado para secar areia de dragagem de rio. Neste caso não será necessário o uso de misturador. Preferencialmente, o rejeito arenoso de barragem após secagem entra em um disco pelotizador com bordas reguláveis ao mesmo tempo que o aglomerante.

[0040] O aglomerante deve ser uma pozolana comercial ou produzida com o próprio estéril da mineração após calcinação do estéril. O estéril de mina de ferro deve ser calcinado com tecnologia flash entre 750 e 950 C°. As misturas do estéril calcinado com cimento CPV, intituladas aglomerantes, devem estar na proporção em massa de 25 a 30 % de estéril calcinado e 70 a 75% em peso de cimento Portland CPV.

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[0041] Na etapa seguinte, a mistura homogeneizada é vertida em uma máquina pelotizadora com borda de altura regulável. A rotação e inclinação do disco pelotizador com borda regulável deve estar entre 10 e 25 rpm, e a inclinação entre 40 e 50^o. O tempo de residência da mistura na pelotizadora varia entre 30 a 70 minutos, considerando uma massa de 400 kg. A pelotização é realizada a temperatura ambiente, ou seja, não há etapas posteriores de queima das pelotas. [0042] Durante o processo de pelotização, água é aspergida de forma contínua quando a umidade da mistura está abaixo de 8%. A umidade ideal para formação da pelota varia entre 4 a 12%.

[0043] O produto resultante são pelotas de formato aproximadamente esférico, superfície rugosa, tamanho graúdo e coloração que varia entre rosa e vermelho escuro, que serão utilizadas como agregado artificial. A densidade aparente está entre 1800 a 2000 kg/m³.

[0044] O diâmetro das pelotas pode variar, preferencialmente, entre brita 0 (B0: 12,5mm +4,8mm), brita 00 (B00: -9,5mm +4,8mm) ou brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm).

[0045] Após o processo de pelotização, as pelotas devem passar por um processo de cura à temperatura ambiente. O tempo de cura para que as pelotas tenham resistência mecânica adequada varia de 24 horas a 21 dias, dependendo do diâmetro fabricado e da utilização desejada.

EXEMPLO 2 - Usos do agregado artificial

[0046] O agregado artificial à base de rejeitos de barragens de minério pode ser utilizado na fabricação de concreto, para base e sub-base de estradas de rodagem; estocagem de rejeitos de barragem na forma de pelotas; ou elemento decorativo para jardins e canteiros.

[0047] A composição de concreto empregando o agregado artificial proposta na presente invenção compreende 15,2 a 18,6% em peso de cimento Portland; 32,8 a 34,3% em peso de areia natural; 48,5 a 50,4% em peso de agregado (somente o artificial ou artificial e natural juntos).

[0048] Para a obtenção do concreto deve-se adicionar água à composição.

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[0049] Nesta composição de concreto, o percentual em peso do agregado é dividido entre 25,2% em peso de brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm) e 25,2% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 24,3% em peso de brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm) e 24,3% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 12,1% em peso de brita 00 (B00: -9,5mm +4,8mm) e 36,4% em peso de brita 0 (B0: 12,5mm +4,8mm).

[0050] A presente tecnologia de agregados artificiais, aplicada em concreto, pode substituir o agregado natural (brita) ou pode ser utilizada em conjunto com o agregado natural. O agregado natural não possui uma afinidade química com cimento e concreto (tixotropia). Por outro lado, o agregado artificial melhora a resistência do concreto devido à rugosidade da superfície.

[0051] Na construção de estradas, o agregado artificial a partir de rejeito de barragens pode ser usado para compor a base e a sub-base. A utilização deve ser feita misturando o agregado artificial no solo e depois processando a compactação conforme normas técnicas vigentes.

[0052] O formato esférico do agregado artificial proporciona maior resistência mecânica além de melhor estocagem, pois permite uma drenagem entre as esferas através dos espaços vazios quando disposto em pilhas ou estocado em pátios abertos sujeitos as chuvas.

[0053] As barragens das mineradoras costumam estocar lama (rejeito de mineração com granulometria muito fina) e areia com água, o que torna o conjunto instável com possibilidade de ruptura. O agregado artificial pode ser estocado dentro deste local ou barramento sem a necessidade de água, ou em pilhas de estocagem em pátios de estocagem. Posteriormente, o agregado artificial pode ser utilizado como agregado para concreto, elemento construtivo de base e sub-base para estradas ou até mesmo elemento ornamental de jardins e canteiros.

[0054] A presente tecnologia possui a vantagem de mobilizar passivo ambiental de forma eficiente e econômica, agregando valor aos rejeitos de mineração. Além disso, proporciona facilidade de armazenamento por ser um material esférico e inerte e, devido a sua capacidade de absorção de água, favorece a umidade do

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11/13 ambiente, o que beneficia as aplicações do agregado artificial em jardins e canteiros.

EXEMPLO 3 - Teste de resistência à compressão

[0055] Os resultados de resistência à compressão em função do tempo de cura do agregado artificial estão relacionados na Tabela 2. O teste de resistência à compressão axial seguiu a metodologia e prescrições normativas descritos na NBR 5739/2007. Os resultados da Tabela 2 mostram uma evolução da resistência do agregado artificial com o tempo de cura. Esta evolução chega a 100% da resistência de uma brita de calcário.

Tabela 2- Resistência à compressão em função do tempo de cura

Resistência (Kgf/pelota) - 12,5 mm + 9,5 mm

Tempo de cura (dia)	0	1	2	3	6	7	14	31
Resistência média	1,40	3,12	7,83	12,35	14,80	17,50	18,80	15,50
% em relação a 29 dias	9,0	20,1	50,5	79,7	95,5	112,9	121,3	100,0
Resistência (Kgf/pelota) - 16 mm a 12,5 mm
Tempo de cura (dia)	0	1	2	3	6	7	14	31
Resistência média	2,32	4,85	10,54	17,17	23,40	25,40	27,30	26,80
% em relação a 29 dias	8,7	18,1	39,3	64,1	87,3	94,8	101,9	100,0
	Resistência (Kgf/pelota) -	19 mm a 1	mm
Tempo de cura (dia)	0	1	2	3	6	7	14	31
Resistência média	3,77	7,10	14,53	21,03	31,40	28,70	42,20	51,30
% em relação a 29 dias	7,3	13,8	28,3	41,0	61,2	55,9	82,3	100,0
Evolução da resistência à compressão com	o tempo,	considerando a resistência final de 29 dias
Tempo de cura (dia)	0	1	2	3	6	7	14	31
% média em relação a resistência 29 dias	8,3	17,4	39,4	61,6	81,3	87,9	101,8	100,0

[0056] Observa-se que o tempo preferencial de cura são 14 dias.

[0057] A Figura 2 mostra o aspecto de uma pelota obtida pelo processo da presente invenção. Pode-se observar que, do centro para a borda, as camadas que se formam são concêntricas, sendo um esqueleto para resistência. Nota-se que as pelotas possuem muito baixa porosidade, ou seja, não absorve água nem se dissolve quando imersas. A densidade aparente está entre 1800 a 2000 Kg/m³. EXEMPLO 3 - Testes de resistência à compressão em morteiros de concreto

[0058] Para o procedimento de moldagem e cura do concreto empregando o agregado artificial utilizou-se a metodologia e prescrições normativas descritos na

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NBR 5738/2003. A Figura 3 mostra o aspecto dos morteiros de concreto na forma padrão com agregado natural e com as misturas I e III.

[0059] Os morteiros de concreto foram obtidos de forma padrão e em diferentes misturas com o agregado artificial, conforme dosagens apresentadas na Tabela 3.

Tabela 3 - Dosagem de materiais para obtenção de morteiros de concreto padrão e em mistura com agregado artificial

Matéria-prima	% em massa (base seca)
Padrão (%)	Mistura I (%)	Mistura II (%)	Mistura III (%)
Cimento CPV	16,7	15,2	18,5	18,6
Areia natural	27,8	34,3	33	32,8
Agregado artificial (B0/B1)	-	25,2	24,3	-
Agregado Artificial (B00)	-	-	-	12,1
Agregado Natural (B0)	55,5	25,2	24,3	36,4
Água (Litros)	4,25	5	5,4	5,3

[0060] O teste de compressão dos morteiros seguiu-se a metodologia e prescrição normativas descritas na NBR 5739/2007 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Os resultados de sua resistência em relação ao padrão estão relacionados na Tabela 4.

Tabela 4 - Resistência à compressão em relação ao padrão.

Amostra	Resistência à compressão em relação ao padrão (%)
12 dias	17 dias	28 dias
Mistura I	65,8	51,6	53,2
Mistura II	79,5	65,8	82,5
Mistura III	99,1	99,4	101,0

[0061] A resistência das misturas onde é utilizado o agregado artificial é no mínimo 51,6% da resistência do mesmo morteiro, quando da utilização do agregado natural, tendo atingido a resistência de norma.

[0062] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção da presente invenção são permitidas. O agregado artificial da presente invenção possui uma aplicação especial para substituir agregados naturais na composição de concreto.

[0063] Entretanto, o agregado artificial da presente invenção pode ser utilizado nas mais diversas aplicações, tais como elemento construtivo de base e sub-base para estradas, estocagem de rejeitos em barragens na forma de pelotas, além de

Petição 870190110521, de 30/10/2019, pág. 20/27

13/13 elemento decorativo em jardins e canteiros. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, caracterizado por compreender as seguintes etapas:

(a) Prover um rejeito de mineração arenoso com granulometria entre 0,03 e 11 mm;

(b) Misturar o rejeito arenoso e um aglomerante em que a composição da mistura possua 65 a 85% em peso de rejeito de mineração e 15 a 35% em peso de aglomerante, por 30 a 60 minutos até a mistura ficar homogênea;

(c) Pelotizar a temperatura ambiente a mistura em uma máquina de pelotização adicionando água de forma aspergida;

(d) Realizar a cura das pelotas a temperatura ambiente por um período que varia de 1 a 14 dias.
2. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “a”, caracterizado pelo rejeito de mineração ser um rejeito arenoso fino proveniente de barragens de minério de ferro e conter os minerais Goethita, Hematita, Quartzo e Caulinita, e opcionalmente Gibbsita.
3. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela adição de uma etapa de secagem do rejeito arenoso após a etapa “a”, caso o rejeito arenoso provido possua umidade maior que 20% em peso.
4. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela secagem do rejeito arenoso ser natural ou em secador rotativo usado para secar areia de dragagem de rio.
5. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “b”, caracterizado pelo aglomerante ser uma pozolana comercial ou produzida com o próprio estéril da mineração após calcinação do estéril.
6. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo aglomerante pozolana ser obtido a partir do estéril da mineração de ferro calcinada por tecnologia flash entre 750 e 950 C°, e misturada com cimento Portland CPV na proporção em massa de 25 a 30% em peso do estéril calcinado e 70 a 75% em peso de cimento Portland CPV.

Petição 870200045013, de 08/04/2020, pág. 9/11

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7. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “b”, caracterizado pela mistura ser feita em misturadores contínuos caso o rejeito arenoso tenha umidade inferior a 20%, tendo os misturadores contínuos as seguintes características preferenciais: câmara de mistura com diafragma para ajuste de fluxo, rotor central, utensílios de mistura tipo pás e raspadores laterais, sendo que a rotação deve variar entre 10 e 45 rpm.
8. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “b”, caracterizado pela mistura do rejeito com o aglomerante poder ser feita em um disco pelotizador com bordas reguláveis, sendo adicionados ao mesmo tempo, caso o rejeito arenoso provido na etapa “a” possua umidade maior que 20%.
9. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “c”, caracterizado pela máquina pelotizadora apresentar borda de altura regulável, com rotação entre 10 e 25 rpm, inclinação de disco entre 40 e 50°, por um período de tempo entre 30 e 70 minutos.
10. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 1, etapa “c”, caracterizado pela água ser aspergida de forma contínua quando a umidade da mistura está abaixo de 8%, sendo que a umidade ideal varia entre 4% e 12%.
11. AGREGADO ARTIFICIAL, obtido pelo processo definido nas reivindicações 1 a 10, caracterizado por possuir 65 a 85% em peso de rejeito de mineração e 15 a 35% em peso de aglomerante.
12. AGREGADO ARTIFICIAL, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por possuir coloração variando entre rosa e vermelho escuro, possuir forma esférica, tamanho graúdo (de 4,8 a 16 mm), superfície rugosa e por seu diâmetro variar entre brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm), brita 00 (B00: 9,5mm +4,8mm) ou brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm).
13. COMPOSIÇÃO DE CONCRETO, caracterizada por compreender:

15,2 a 18,6% em peso de cimento Portland;

32,8 a 34,3% em peso de areia natural;

48,5 a 50,4% em peso de agregado (somente o artificial ou artificial e natural juntos).

Petição 870200045013, de 08/04/2020, pág. 10/11

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14. COMPOSIÇÃO DE CONCRETO, de acordo coma reinvindicação 13, caracterizado pelo percentual em peso do agregado artificial ser dividido entre 25,2% em peso de brita B0/B1 (B0/B1: -16mm +9,5mm) e 25,2% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 24,3% em peso de brita B0/B1(B0/B1: -16mm +9,5mm) e 24,3% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm); ou 12,1% em peso de brita 00 (B00: -9,5mm +4,8mm) e 36,4% em peso de brita 0 (B0: - 12,5mm +4,8mm).
15. USO DO AGREGADO ARTIFICIAL, definido nas reivindicações 13 e 14, caracterizado por ser utilizado na fabricação de um concreto, como elemento construtivo de base e sub base para estradas, para estocagem de rejeitos de barragem na forma de pelotas, ou como elemento decorativo em jardins e canteiros.