BR102019023195B1

BR102019023195B1 - processo de produção de aglomerado de finos de minério de ferroe o produto aglomerado

Info

Publication number: BR102019023195B1
Application number: BR102019023195-5A
Authority: BR
Inventors: Flávio De Castro Dutra; Valdirene Gonzaga De Resende; Fabrício Vilela Parreira
Original assignee: Vale S.A.
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2021-01-19
Also published as: CN113166844B; TW202124732A; AU2019473210B2; JP7321265B2; UA127332C2; FI3889278T3; TWI776268B; CA3124576A1; WO2021087582A1; CA3124576C; EP3889278A1; KR20220013351A; BR102019023195A2; EP3889278B1; EP3889278A4; JP2022532002A; KR102630996B1; AU2019473210A1; CN113166844A; MX2021006959A

Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AGLOMERADO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERROE O PRODUTO AGLOMERADO A presente invenção se refere a um processo para produção de aglomerado de finos de minério de ferro, resistente ao manuseio, transporte e ao contato com água. O processo consiste em misturar finos de minério de ferro com silicato de sódio, nanomateriais, catalisador, fundentes e plastificante; ajustar a umidade da mistura; aglomerar a mistura via pelotamento, briquetagem ou extrusão; realizar a cura em temperatura ambiente. O processo não necessita de aporte energético para tratamento térmico e permite a obtenção de um produto aglomerado de alto desempenho físico e metalúrgico para substituição de carga metálica, inclusive sínter, em fornos de redução, sem a emissão de gases nocivos como CO2, dioxinas, furanos e SOx

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está inserida no campo das tecnologias mínero-metalúrgicas e se refere a um processo para produção de aglomerado de finos de minério de ferro, resistente ao manuseio, transporte e ao contato com água. O processo não necessita de aporte energético para tratamento térmico e permite a obtenção de um produto aglomerado de alto desempenho físico e metalúrgico para substituição de carga metálica, inclusive sínter, em fornos de redução, sem a emissão de gases nocivos como CO2, dioxinas, furanos e SOx.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O desenvolvimento da tecnologia de aglomeração decorreu da necessidade de recuperar partículas finas, o que proporcionou o aproveitamento comercial dessas partículas, bem como minimizou o impacto ambiental causado pela produção de material fino ou particulado.

[003] As aplicações mais frequentes dos processos de aglomeração são para o aproveitamento de: • minérios ou concentrados de granulação fina, sem causar prejuízos à permeabilidade da carga e às condições de reação gás-sólido em fornos metalúrgicos; • resíduos, ou subprodutos finos de outros processos mínero- metalúrgicos, para sua reutilização ou reciclagem, de forma adequada; e r resíduos metálicos (cobre, ferro, titânio) e outros materiais (papel, algodão, madeira) para transporte ou reciclagem.

[004] As operações de aglomeração de minério de ferro destinam-se a conferir às cargas a serem alimentadas nos fornos de redução, 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 em fornos de redução na siderurgia são: sinterização, pelotização e briquetagem.

[005] A sinterização de minério de ferro converte finos de minério, geralmente com granulometrias entre 0,15 mm e 6,3 mm, denominados sínter feed, em aglomerados maiores, denominados sínter. 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 sinterização é um processo que se baseia na fusão incipiente dos componentes de uma mistura constituída de um componente principal e adições de fundentes, promovendo a ligação rígida das partículas, com a solidificação da fase líquida. A sinterização de minério de ferro é realizada em três estágios: preparação de matérias-primas, ignição e queima em patamares de 1300oC, além de resfriamento.

[006] O processo de sinterização, usualmente, é um processo de larga escala que exige considerável investimento em CAPEx.

[007] Como o sínter possui um índice de degradação ao manuseio relativamente elevado, ele não é adequado para transporte a longas distâncias, principalmente em navios. Essa é uma das razões pelas quais as sinterizações são instaladas próximas aos altos-fornos dos clientes.

[008] A pelotização é o processo mais recente de aglomeração e foi resultado da necessidade de utilização de concentrados finos de magnetita de certos minérios de ferro. As pelotas de minério de ferro são produzidas por aglomeração de partículas com tamanho inferior a 45μm formando pelotas de 8 a 16mm, em disco ou tambor rotatório. O material a ser aglomerado precisa ter uma superfície específica elevada (2.000 cm2/g), além de umidade constante. Essas pelotas normalmente são endurecidas por meio de tratamento térmico e usadas como alimentação em alto-forno ou em redução direta. Esse processo de endurecimento tem alto custo de capital, além de ser intensivo em gasto de energia.

[009] A briquetagem consiste na aglomeração de partículas finas por meio de compressão, auxiliada por aglomerantes, permitindo a obtenção de um produto compactado, com forma, tamanho e parâmetros mecânicos adequados. A mistura entre partículas finas e aglomerante é prensada, de modo a obter aglomerados denominados briquetes, que devem apresentar resistência adequada para empilhamento, tratamento posterior (cura, secagem ou queima), transporte, manuseio e utilização em reatores metalúrgicos. A redução de volume do material, além dos benefícios tecnológicos, permite que materiais finos possam ser transportados e armazenados de forma mais econômica.

[0010] A preocupação com as questões ambientais, resultando em leis mais rígidas, além da necessidade de aproveitar economicamente os resíduos e as partículas finas geradas no beneficiamento de minérios, tornaram a briquetagem uma importante alternativa para aglomerar materiais finos conferindo-lhes valor econômico.

[0011] A briquetagem é feita com aglomerantes quando o material a ser aglomerado não possui resistência à compressão e ao impacto, após ser compactado. As pressões empregadas são normalmente baixas para evitar uma nova fragmentação das partículas. Quando os briquetes são feitos sem aglomerantes, no entanto, o sucesso do processo depende da moagem ou deformação plástica das partículas para aproximá-las ao máximo. As forças responsáveis, nestes casos, pela coesão das partículas após a compactação devem apenas assegurar que a distância entre os cristais se torne a menor possível. É comum a utilização de lubrificantes, como água, grafite e outros materiais para reduzir atritos na operação.

[0012] Quando a substância aglomerante está na forma líquida, não é necessária a adição de água ao processo de briquetagem. A mistura das partículas finas e o aglomerante é então prensada a frio ou a quente, obtendo-se os briquetes. 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 às quais irão conferir ao aglomerado a resistência mecânica desejada. Essa etapa pode ser realizada em temperatura ambiente, em estufas e secadores (400°C) ou em fornos (acima de 1000°C).

[0013] Aglomerados de cura a frio, ou seja, aqueles cuja cura ocorre à temperatura ambiente, apresentam um menor custo quando comparado a processos convencionais de cura onde os aglomerados necessitam de aporte térmico para ter um ganho de resistência.

[0014] O estado da técnica apresenta várias tecnologias de aglomeração a frio de minérios. Essas tecnologias baseiam-se principalmente na aglomeração de particulado fino de minério usando agentes ligantes como cimento, argamassa, ligantes orgânicos e resíduos carbonados.

[0015] A resistência física dos produtos aglomerados de minério é um dos requisitos principais de qualidade para aplicação em reatores metalúrgicos e tem impacto direto sobre a produtividade e os custos do processo. A tecnologia de nanomateriais proporciona possibilidades para aglomeração de finos de minério. Os nanomateriais funcionam como uma rede composta que confere aos produtos aglomerados, entre outras características, alta resistência mecânica.

[0016] A patente norte americana US 8,999,032, em nome de Vale S.A., por exemplo, descreve a aplicação de nanotubos de carbono em aglomerados de minério de ferro, níquel e manganês, visando a aumentar sua resistência mecânica. A invenção também se refere a um processo para preparação de aglomerados de minério que compreende a dispersão dos nanotubos de carbono em uma matriz para formar uma mistura, sua pelotização, briquetagem ou extrusão, e a secagem do aglomerado a 150 a 200oC.

[0017] A invenção apresentada pelo presente pedido de patente distingue-se do que é revelado no documento anterior, pelo fato de dispensar a etapa de secagem e em função das matérias-primas utilizadas na produção do aglomerado. O documento anterior não utiliza catalisadores e fundentes.

[0018] O estado da técnica contempla ainda outras publicações relacionadas ao processo de produção de aglomerados de finos de minério, conforme exemplificado a seguir.

[0019] A primeira patente relacionada à briquetagem foi concedida a William Easby, em 1848, para finos de carvão mineral nos Estados Unidos. O processo desenvolvido possibilitava a formação de aglomerados sólidos de tamanhos e forma variados, a partir de frações finas de qualquer tipo de carvão, por meio da pressão exercida sobre esse material. As etapas do processo envolviam inicialmente a secagem do carvão, seguida da britagem e peneiramento. Posteriormente, tem-se a mistura dos finos com 6% de asfalto fundido e a briquetagem da mistura em máquinas de rolos produzindo aglomerados sólidos.

[0020] A patente US 9,175,364, também em nome de Vale S.A., revela um método de produção de aglomerados a partir da mistura de finos de minério, com granulometria inferior a 0,150 mm, com silicato de sódio, amido de mandioca e microssílica. Água é adicionada ao processo de aglomeração que pode ocorrer em um disco, tambor de pelotização ou em um forno de leito fluidizado. Os aglomerados são submetidos ao processo de secagem à temperatura de 100 a 150°C.

[0021] A presente invenção distingue-se do que é revelado no documento anterior, pelo fato de dispensar a etapa de secagem e em função das matérias-primas utilizadas na produção do aglomerado. O documento anterior possui uma restrição por utilizar apenas finos de minério com granulometria inferior a 0,150 mm, e não utiliza catalisadores e fundentes.

[0022] O pedido de patente BR 10 2019 009592 0, em nome de Vale S.A. e Universidade Federal de Ouro Preto, se refere ao reaproveitamento de rejeitos de mineração de ferro para produção de briquetes por compactação empregando misturas desses rejeitos com finos de minério de ferro e silicato de sódio líquido, como aglomerante. Os briquetes são submetidos a cura à temperatura de 250 a 550oC por um período de 20 a 40 minutos.

[0023] A presente invenção distingue-se do que é revelado no documento anterior, pelo fato de dispensar a etapa de secagem e em função das matérias-primas utilizadas na produção do aglomerado.

[0024] A patente US 6,921,427, depositada em 2002 em nome de Council of Scientific & Industrial Research, se refere a um processo de briquetagem e pelotização a frio de finos de minérios ferrosos ou não ferrosos, utilizando um aglomerante mineral contendo ferro, para aplicações metalúrgicas.

[0025] O processo consiste nas etapas de misturar cerca de 80 a 95% do material fino com 3 a 10% de um aglomerante mineral contendo ferro e, opcionalmente, pode ser adicionado de 2 a 6% de água e de 0,05 a 0,20% de um agente ativador de superfície (trietanolamina) visando formar uma mistura homogênea e seca. Em seguida, a mistura é aglomerada formando uma massa compactada que é submetida, então, a uma etapa de cura por 3 a 20 dias, por meio da exposição ao ar atmosférico por 10 a 14 horas. Durante a cura, os aglomerados produzidos expostos ao ar atmosférico são aspergidos com água a cada intervalo de 12 horas, para desenvolverem resistência a frio.

[0026] Nessa patente é descrito que o agente aglomerante tem um papel importante no desenvolvimento da resistência a frio por hidratação no produto aglomerado. A composição química do aglomerante é de 25 a 45% em peso de FeO, 40 a 60% de Cao+MgO e de 12 a 18% de SiO2+Al-O.

[0027] Os testes foram realizados produzindo aglomerados na forma de briquetes, blocos e pelotas, utilizando diferentes combinações de óxidos de ferro, metais e outros finos minerais tais como pós e lamas de alto forno, de fornos insuflados com oxigênio (BOF), carepas de laminação, finos e lamas contaminadas com óleo e carvão, cal, calcário, dolomita, dunita, quartzito, carvão e materiais carbonáceos usando aglomerante mineral contendo ferro.

[0028] O processo apresentado em US 6,921,427 difere-se da presente invenção no que se refere aos aglomerantes e demais insumos utilizados. Enquanto o documento apresentado relata o uso de um aglomerante mineral contendo ferro e trietanolamina, que é um composto orgânico, o presente pedido de patente propõe o uso de silicato de sódio como agente aglomerante. Além disso, US 6,921,427 faz uso de materiais carbonáceos e possui uma etapa de cura significativamente diferente.

[0029] Mohanty, M.K. et al (2016), em sua publicação intitulada "A novel technique for making cold briquettes for charging in blast furnace'descreve a produção de aglomerados extrudados em que é apresentado o conceito de aglomeração a frio. Finos de minério de ferro e materiais carbonáceos (como finos de coque e pós de alto-forno) são misturados a cimento Portland, que é utilizado como aglomerante, e também a um argilomineral, que atua como modificador reológico. A mistura é submetida a um processo de extrusão rígida a alta pressão (100 kg/cm2) e sob vácuo (0,5x10-3Bar) e não requer tratamento térmico dos aglomerados extrudados resultantes. São apresentadas as características dos aglomerados produzidos e as avaliações feitas de seu comportamento metalúrgico (redutibilidade), comparando-os com o minério de ferro.

[0030] A presente invenção distingue-se do que é revelado no documento anterior, em função das matérias-primas utilizadas na produção do aglomerado. A presente invenção não utiliza materiais carbonáceos e não emprega cimento Portland como aglomerante.

[0031] A presente invenção está relacionada a um processo para produção de aglomerados de finos de minério de ferro de alto desempenho físico e metalúrgico para substituição de carga metálica, inclusive sínter, em fornos de redução. Os aglomerados são produzidos a partir da mistura de finos de minério de ferro (sínter feed, pellet feed e rejeito ultrafino), com granulometria inferior a 10 mm, com um aglomerante (silicato de sódio) e aditivos como nanomateriais, catalisadores, fundentes e plastificantes. O processo de aglomeração pode ocorrer por pelotamento em disco ou tambor de pelotização, por briquetagem ou por extrusão. Os aglomerados são submetidos à cura em temperatura ambiente por 2 dias em local coberto até atingirem resistência à água suficiente para ficarem expostos ao tempo e ao transporte. A cura completa ocorre em até 10 dias.

[0032] A presente invenção apresenta vantagens em comparação aos processos de aglomeração de minérios de ferro conhecidos do estado da técnica, tais como: (i) cura à temperatura ambiente - não necessita de aporte energético para tratamento térmico e não há emissões de gases nocivos como CO2, dioxinas, furanos e SOx, (ii) possibilidade de aproveitamento de rejeitos de mineração do ferro, (iii) não utilização de carvão ou outro material carbonáceo, (iv) obtenção de aglomerado com alta performance física, resistente ao manuseio e transporte em longas distâncias, além de ser resistente à água em menos tempo otimizando a logística de escoamento da produção.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0033] A presente invenção tem como objetivo geral proporcionar um novo processo de produção de aglomerado de finos de minério de ferro destinado à substituição de carga metálica em fornos de redução (granulados, pelotas, sínter) com excelente desempenho físico e metalúrgico.

[0034] Outro objetivo da presente invenção consiste na obtenção de um produto aglomerado com alta resistência física ao manuseio e transporte em longas distâncias, além de ser resistente à água em menos tempo otimizando a logística de escoamento da produção.

[0035] Outro objetivo da presente invenção é reduzir o impacto ambiental gerado uma vez que não são utilizados combustíveis fósseis na constituição dos aglomerados. Além disso, a cura realizada em temperatura ambiente dispensa aporte energético e confere ao processo de produção isenção de emissões atmosféricas (particulados, SOx, dioxinas, furanos, CO2) e outros compostos voláteis.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0036] A presente invenção, em sua concretização preferencial, revela um processo para produção de aglomerado de finos de minério de ferro para substituição de carga metálica em fornos de redução compreendendo as seguintes etapas: a) misturar um nanomaterial e um catalisador a silicato de sódio para preparação da mistura aglomerante; b) misturar 1-5% da mistura aglomerante proveniente da etapa a) com 70-100% de finos de minério de ferro, 0-30% de finos de fundentes e 0-5% de plastificante em misturador intensivo; c) ajustar a umidade de tal forma a se obter a quantidade de 0-30% em peso de água na mistura; d) realizar a aglomeração via pelotamento, briquetagem ou extrusão; e) manter os aglomerados à temperatura ambiente por 2-10 dias para cura; em que são empregadas as seguintes dosagens: 0,05 a 2% em peso de nanomaterial em relação ao silicato de sódio; 0,05 a 5% em peso de catalisador em relação ao silicato de sódio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0037] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[0038] A Figura 1 ilustra um diagrama de blocos simplificado do processo de produção de aglomerados a partir de finos de minério de ferro.

[0039] A Figura 2 ilustra um gráfico que apresenta a redução do tempo de cura à temperatura ambiente em função do uso de catalisador.

[0040] A Figura 3 apresenta a distribuição granulométrica da amostra de sínter feed utilizada no teste piloto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0041] 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.

[0042] A matéria requerida na presente invenção será detalhada doravante, a título de exemplo e não limitativo, uma vez que os materiais e métodos aqui revelados podem compreender diferentes detalhes e procedimentos, sem fugir ao escopo da invenção. A menos que indicado ao contrário, todas as partes e porcentagens reveladas a seguir, são em peso.

[0043] A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um processo para produção de aglomerado de finos de minério de ferro que compreende as seguintes etapas: a) misturar um nanomaterial e um catalisador a silicato de sódio para preparação da mistura aglomerante; b) misturar 1-5% da mistura aglomerante proveniente da etapa a) com 70-100% de finos de minério de ferro, 0-30% de finos de fundentes e 0-5% de plastificante em misturador intensivo; c) ajustar a umidade de tal forma a se obter a quantidade de 0-30% em peso de água na mistura; d) realizar a aglomeração via pelotamento, briquetagem ou extrusão; e) manter os aglomerados à temperatura ambiente por 2-10 dias para cura; em que são empregadas as seguintes dosagens: 0,05 a 2% em peso de nanomaterial em relação ao silicato de sódio; 0,05 a 5% em peso de catalisador em relação ao silicato de sódio.

[0044] O processo de produção de aglomerado, representado pelo diagrama de blocas da Figura 1, inicia-se preferencialmente com a mistura e dispersão dos aditivos em silicato de sódio, que é o agente aglomerante aplicado no processo.

[0045] O silicato de sódio utilizado no processo possui preferencialmente a relação molar SiO2/Na2O de 1,8 a 4,5, 36 a 48 % de sólidos, e a seguinte composição: 5 - 14,6% de Na2O; 22 - 33,2% de SiO2; 54,0-73,0% de H2O.

[0046] Como aditivo ao silicato de sódio, há a adição de nanomaterial, sob agitação mecânica, na dosagem de 0,05 a 2% em peso em relação à quantidade de silicato de sódio utilizado na mistura. O nanomaterial é selecionado do grupo consistindo de: nanotubo de carbono, grafita esfoliada, microssilicato funcionalizado, nanosílica tubular, haloisita tubular, nanofibra de carbono e grafeno.

[0047] Como catalisador para acelerar o processo de cura à temperatura ambiente podem ser utilizados pirofosfato de sódio, hidróxido de magnésio, carbonato de propileno, carbonato de glicerina, hidróxido de cálcio, óxido de cálcio, triacetato de glicerol, cloreto de alumínio, hidróxido de alumínio, triacetina, diacetina e alumínio metálico. Sob agitação mecânica são adicionados 0,05 a 5% em peso de catalisador em relação à quantidade de silicato de sódio utilizado na mistura.

[0048] A segunda etapa do processo de produção de aglomerado consiste em adicionar 1 a 5% da mistura aglomerante (formada por silicato de sódio, nanomaterial e catalisador), à 70 a 100% em peso de finos de minério de ferro, 0 a 30% em peso de fundentes e 0 a 5% em peso de plastificante. A mistura deve ser realizada preferencialmente em misturador intensivo por 10 a 180 segundos.

[0049] Os finos de minério de ferro a serem utilizados no processo devem possuir granulometria menor que 10mm, d90 entre 1 e 8mm e umidade máxima de 25%. Podem ser utilizados sínter feed, pellet feed e rejeito ultrafino de minério de ferro que, no estado da técnica, é disposto em barragens de rejeito. A composição química preferencial dos finos de minério consiste em 30 a 68% de FeTotal, 0,5 a 15% de SiO2, 0,1 a 5,0% de Al2O3, 0,001 a 0,1% de P, 0,1 a 2% de Mn e 0,1 a 8% de PPC (perda por calcinação).

[0050] Os fundentes utilizados no processo de produção de aglomerado são selecionados do grupo consistindo de hidróxido de cálcio, calcário calcítico, calcário dolomítico, magnesita calcinada, serpentinito, talco, dunito e olivina.

[0051] O agente plastificante utilizado no processo de produção de aglomerado é selecionado do grupo consistindo de bentonita, amido de milho, amido de mandioca, glicerina e CMC (carboxi metil celulose).

[0052] A terceira etapa do processo de produção de aglomerado consiste em ajustar a umidade por meio da adição de água de tal forma que a mistura possua umidade ótima (0 a 30%) para o processo de aglomeração subsequente.

[0053] A quarta etapa do processo de produção de aglomerado consiste em realizar a aglomeração via pelotamento, briquetagem ou extrusão.

[0054] Caso seja escolhido o método de aglomeração por briquetagem, a mistura deve conter preferencialmente umidade na faixa de 2-10%. A briquetagem pode ser realizada por meio de prensa com rolos contendo cavidades adequadas para se obter briquetes com as dimensões de 20-40 mm x 10-30 mm x 5-20 mm, e com o ajuste de pressão necessário para se obter briquetes com densidade aparente entre 2,5 a 3,5 g/cm3. O controle da densidade aparente se faz necessário para obtenção de briquetes com porosidade adequada.

[0055] Caso seja escolhido o método de aglomeração por pelotamento, a mistura deve conter preferencialmente umidade na faixa de 8 a 11%. O processo de pelotamento pode ser realizado em disco ou tambor rotatório, formando pelotas esféricas de 10-30 mm de diâmetro.

[0056] Caso seja escolhido o método de aglomeração por extrusão, a mistura deve conter preferencialmente umidade na faixa de 10 a 30%. O processo de extrusão pode ser realizado em extrusoras que, preferencialmente, permitem a formação de aglomerados cilíndricos de 530 mm de diâmetro e 5-30 mm de altura.

[0057] A quinta etapa do processo de produção de aglomerado consiste na cura à temperatura ambiente.

[0058] O uso de catalisadores para promover o endurecimento do silicato de sódio é eficiente em reduzir o tempo de cura de 15 dias para 2 dias, permitindo assim, o transporte e manuseio do produto em condições chuvosas (intempéries). O catalisador promove a formação de compostos insolúveis e polimerização do silicato de sódio, tornando o produto mais resistente a água em tempo de cura menor, como pode ser observado na Figura 2.

[0059] A cura completa à temperatura ambiente, que ocorre de 2 a 10 dias, permite que a umidade final dos aglomerados seja menor que 3%.

[0060] Opcionalmente, caso seja necessário que os aglomerados adquiram resistência em menor tempo possível, pode-se optar pela realização da secagem em forno horizontal por 10 a 30 minutos à temperatura de 100 a 550oC. Entretanto, essa opção não é recomendada por não ser considerada uma alternativa ambientalmente sustentável.

[0061] O aglomerado de minério de ferro obtido por meio da presente invenção apresenta-se como uma alternativa para substituir carga metálica em fornos de redução pelo fato de possuir qualidade química, física e metalúrgica adequados, tais como apresentado na Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3 a seguir. Tabela 1 - Qualidade química dos aglomerados obtidos por meio do processo da presente invenção

Tabela 2 Qualidade metalúrgica dos aglomerados obtidos por meio do processo da presente invenção

Tabela 3 Qualidade física dos aglomerados obtidos por meio do processo da presente invenção

Exemplo

[0062] Com o objetivo de avaliar a qualidade, características e desempenho dos aglomerados produzidos por meio do processo descrito pela presente invenção, foram realizados testes em escala piloto para a produção de briquetes, utilizando como finos de minério de ferro o sínter feed.

[0063] O sínter feed utilizado possuía umidade inferior a 8% e d90 entre 2 a 8mm. A curva granulométrica é apresentada na Figura 3, sendo que a amostra utilizada se encontrada na faixa granulométrica evidenciada pela área hachurada. Os testes foram realizados em bateladas de 100 kg de sínter feed cada.

[0064] A solução de silicato de sódio utilizada apresentou relação molar SiO2/Na2O de 2,15, percentual de sólidos de 47%, sendo composta por 14,6% de Na2O, 31,4% de SiO2 e 54% de H2O. A solução apresentou densidade real de 1,57 g/cm3 e viscosidade de 1175 cP a 25°C. Foi adicionado microssilicato funcionalizado na dosagem de 0,1% em relação à quantidade de silicato de sódio utilizado na mistura. Adicionou-se ainda o catalisador hidróxido de cálcio na dosagem de 2,5%. Realizou-se a mistura mecânica por 5 minutos para a obtenção da mistura aglomerante final.

[0065] Adicionou-se 3% da referida mistura aglomerante, à 71,7% de sínter feed, 25% de finos de fundentes (calcário calcítico e serpentinito) e 0,3% de bentonita. Foi realizada mistura em misturador intensivo Eirich por 120 segundos.

[0066] Os briquetes foram produzidos utilizando uma prensa de briquetagem Komarek, a 200 Bar, que permitiu a formação de briquetes de morfologia tipo "travesseiro", nas dimensões 25 x 20 x 15 mm e umidade <0,5%. Foi realizada cura à temperatura ambiente por 5 dias.

[0067] A qualidade dos briquetes foi avaliada em relação às propriedades físicas, químicas e metalúrgicas, de acordo com procedimentos especificados em normas para avaliação de minérios de ferro.

[0068] A resistência à compressão foi avaliada utilizando briquetes secos em prensa automática com sensibilidade de ± 5 daN, para avaliar a carga compressiva que causa sua quebra. O mesmo teste foi realizado com briquetes após imersão em água por um período de 1 hora. O resultado médio obtido para os briquetes secos foi > 120 daN/briquete na maior área (25 x 20 mm), e para os briquetes após imersão houve queda de 30% da resistência.

[0069] O teste de resistência à abrasão e índice de tamboramento foi realizado utilizando 1,5 kg de briquetes secos submetidos a 464 rotações em um tambor. Ao final do ensaio, a massa foi peneirada em peneiras com aberturas de 6,3mm e 0,5mm. O índice de tamboramento (ISO 3271), que consiste no percentual de massa retido em 6,3mm, foi > 85%. Já o índice de abrasão (ISO 3271), que consiste no percentual de massa passante em 0,5mm, foi < 15%.

[0070] O teste de resistência à queda foi realizado com uma amostra de 3 kg de briquetes secos submetida a quatro quedas sucessivas de três metros. Ao final da última queda, a massa foi peneirada usando peneira com abertura 10mm. O índice de resistência a queda (Shatter - JIS M8711), que consiste no percentual mássico maior de 10mm, foi > 95%.

[0071] Para a determinação do índice de crepitação (IC), a massa de teste foi rapidamente aquecida desde a temperatura ambiente até 700°C, mantida a esta temperatura e depois arrefecida ao ar até temperatura ambiente. Foi realizado peneiramento com peneira contendo aberturas quadradas de 6,3mm. O índice de crepitação, que consiste na porcentagem de massa do material com tamanho maior que 6,3mm, foi < 5%.

[0072] A redutibilidade (RI) dos briquetes foi avaliada de acordo com a norma ISO 7215, sob condições semelhantes às condições que prevalecem na zona de redução do alto-forno. O resultado médio obtido foi > 60%.

[0073] O teste de degradação sob redução a baixa temperatura (RDI) foi realizado em conformidade com a norma ISO 4696-2, após redução com os gases CO e N, em condições semelhantes à zona de redução de baixa temperatura do alto forno. O resultado médio obtido foi < 15%.

[0074] A Tabela 4 apresenta uma comparação da qualidade física do briquete produzido por meio do processo da presente invenção em relação a outros produtos tais como sínter (obtido por meio do tradicional processo de sinterização), pelota (obtida por meio do tradicional processo de pelotização), e granulados comerciais do Brasil e da Austrália. É possível comprovar que o briquete produzido por meio do processo da presente invenção possui alto desempenho físico e metalúrgico e, por esse motivo, trata-se de uma alternativa para substituir carga metálica de fornos de redução com menor impacto ambiental.

[0075] Note que, na Tabela 4, a sigla "RDI"se refere ao teste de degradação sob redução a baixa temperatura, "S" corresponde ao índice de permeabilidade, "ΔPmaX"corresponde à queda máxima de pressão do gás, "TS200" corresponde à temperatura de início de gotejamento {dripping), "Td" corresponde à temperatura de fim de amolecimento, e "ΔT"se refere ao gradiente de temperatura correspondente à zona de amolecimento e fusão (Td - Ts200). Tabela 4 - Comparativo de parâmetros de qualidade do briquete obtido por meio do processo da presente invenção

[0076] 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.

[0077] 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.

Claims

1. Processo de produção de aglomerado de finos de minério de ferro para substituição de carga metálica em fornos de redução caracterizado por sem utilizar material carbonáceo e por compreender as seguintes etapas: a) misturar um nanomaterial, um catalisador e silicato de sódio para preparação da mistura aglomerante; b) misturar 1-5% da mistura aglomerante proveniente da etapa a) com 70-99% de finos de minério de ferro, 0-30% de finos de fundentes e 0-5% de plastificante em misturador intensivo; c) ajustar a umidade de tal forma a se obter a quantidade de 030% em peso de água na mistura; d) realizar a aglomeração via pelotamento, briquetagem ou extrusão; e) manter os aglomerados à temperatura ambiente por 2-10 dias para cura; em que é empregada a dosagem de 0,05% a 2% em peso de nanomaterial em relação ao silicato de sódio; em que é empregada a dosagem de 1,5% a 3,5% em peso de catalisador em relação ao silicato de sódio; em que o catalisador utilizado consiste em hidróxido de cálcio ou pirofosfato de sódio ou carbonato de propileno; e em que o fundente utilizado consiste em calcário calcítico ou calcário dolomítico ou serpentinito ou hidróxido de cálcio.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial utilizado na etapa a) é selecionado do grupo consistindo de nanotubo de carbono, grafita esfoliada, micro-silicato funcionalizado, nano sílica tubular, haloisita tubular, nanofibra de carbono e grafeno.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o silicato de sódio utilizado na etapa a) possui relação molar SiO2/Na2O de 1,8 a 4,5 e percentual de sólidos de 36 a 48%.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os finos de minério de ferro utilizados na etapa b) possuem granulometria menor que 10mm, teor de ferro (FeTotal) de 30 a 68% e são selecionados do grupo consistindo de sínter feed, pellet feed e rejeito ultrafino de minério de ferro.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plastificante utilizado na etapa b) é selecionado do grupo consistindo de bentonita, amido de milho, amido de mandioca, glicerina e CMC (carboxi metil celulose).

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura da etapa b) é realizada em misturador intensivo por 10 a 180 segundos.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cura da etapa e) é realizada em local coberto nos 2 primeiros dias.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa e) pode ser realizada secagem em forno horizontal por 10 a 30 minutos à temperatura de 100 a 550oC.

9. Aglomerado de finos de minério de ferro produzido a partir do processo descrito nas reivindicações 1 a 7 caracterizado por possuir qualidades químicas, físicas e metalúrgicas adequadas para substituição de carga metálica em fornos de redução, quais sejam FeT (30-68%), SiO (0,515%), Al O (0,1-5%), P (0,001 a 0,1%), Mn (0,1-2%), CaO (0-15%), MgO (05%), PPC (0,1 a 8%), Redutibilidade ISO 7215 >60%, RDI ISO 4696-2 %- 2,8mm < 25%, Inchamento ISO 4698: < 25%, Shatter Test JIS M8711 %+10mm > 90%, Tumbler Test ISO 3271 % + 6,3mm > 85%, Abrasão ISO 3271 % -0,5mm < 15%, Crepitação ISO 8371 % -6.3mm < 5%.

10. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por possuir características de resistência ao manuseio, ao transporte, à água e intempéries, cujo Shatter Test JIS M8711%+10mm é > 80% após 1 horas de imersão em água e a resistência à compressão a seco é > 150 daN/briquete.

11. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por possuir o formato de briquete tipo “travesseiro” cujas dimensões são 2040mm x 10-30mm x 5x20mm.

12. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por possuir o formato de pelota esférica cujo diâmetro é 10-30mm.

13. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por possuir o formato cilíndrico de 5-30 mm de diâmetro e 5-30 mm de altura após extrusão.