BR112012011771B1 - Aglomerado de finos de minério a ser usado em um processo de sinterização, e método para produção de aglomerado de finos de minério - Google Patents

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Abstract

aglomerado de finos de minério a ser usado em um processo de sinterização, e método para produção de aglomerado de finos de minério é divulgado um aglomerado de finos de minério a ser usado num processo de sinterização, no qual o aglomerado de finos de minério é formado por uma mistura de partículas de finos de minério e um agente aglomerante, e no qual as partículas têm diâmetros entre 0,1 mm e 8,0 mm. é divulgado um processo de produção de aglomerado de finos de minério, compreendendo as etapas de usar partículas de finos de minério com um agente aglomerante numa proporção de 0,5 a 5,0% em massa de silicato de sódio, formando partículas úmidas com diâmetros entre 0,1 mm a 8,0 mm com adição de água, e secagem de partículas úmidas numa temperatura que varia entre 100°c e 150°c para formar partículas secas a esforços mecânicos e às intempéries.

Description

O presente pedido de patente reivindica prioridade do pedido de Patente Norte-Americano N° 61/262.005, depositado em 17 de novembro de 2009 sob o título “Processo de Produção de Aglomerados de Finos de Minério e Cura em Baixas Temperaturas para Uso com o Processo Industrial de Sinterização”, aqui incorporado por referência em sua totalidade.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
Os aspectos da presente invenção dizem respeito a aglomerados de finos de minério a serem usados em um processo de sinterização, compreendendo um diâmetro entre 0,01 mm e 8,0 mm, produzido de finos naturais de minério e silicato como principal aglomerante e em cura a baixa temperatura. Os aspectos da presente invenção referem-se também a um processo de produção de aglomerados de finos de minério a serem usados em processos de sinterização.
Descrição Da Técnica Correlata
Diversas tecnologias de aglomeração de minério a frio são conhecidas pela técnica anterior. Essas tecnologias são baseadas na aglomeração de finos de minério usando basicamente cimentos, argamassas, aglomerantes orgânicos e resíduos carbonatados como agentes aglomerantes. Nesses processos de aglomeração reconhecidos, os finos usados precisam passar por um estágio de moagem, de modo que possam apresentar a granulometria adequada para a aglomeração, e esta operação da unidade requer equipamento e energia apropriados.
Além disso, diversos aditivos, associados com esses aglomerantes, são adicionados para acelerar a cura dos aglomerados e melhorar suas
Petição 870180128475, de 10/09/2018, pág. 12/15
2/9 propriedades mecânicas. O uso de diversos aglomerantes e aditivos, além de tornar o sistema de dosagem mais complexo, também mascara a redução de custos operacionais e o controle de qualidade dos aglomerados.
Outras tecnologias para aglomeração de resíduos conhecidas pela técnica anterior e usadas em aciarias e indústrias metalúrgicas usam silicato de sódio, entre outros aditivos, para acelerar o processo de cura dos aglomerados; contudo, nesse caso os aglomerados obtidos apresentam diâmetros acima de 12 mm e são usados como carga metálica para reatores de redução.
Além disso, muitos desses processos usam briquetagem como operação de transformação da unidade, isto é, os finos usados nesses processos também precisam passar por um estágio de conformação de modo a poder exibir uma granulometria adequada para a aglomeração.
Portanto, em geral os aglomerados obtidos desses processos, conhecidos pela técnica anterior, apresentam a necessidade de alta dosagem de aglomerantes (acima de 10%) e alto tempo de cura do produto (mais de dez dias para o tempo de cura). Além disso, os aglomerantes tradicionalmente usados são caros e representam mais de 70% do custo operacional de transformação dos finos em aglomerados, resultando em altos custos de produção.
Além disso, os aglomerados resultantes desses processos apresentam baixa resistência ao contato da água, alta geração de finos durante o transporte e manuseio (baixa resistência mecânica) e alta geração de finos devido ao choque térmico dentro dos reatores de redução. Na maioria das vezes o produto aglomerado apresenta contaminação por elementos que são nocivos à operação de reatores metalúrgicos, além do alto custo de transformação. A baixa resistência de contato com a água refere-se ao fato de que esses aglomerantes não são totalmente insolúveis e sua fragilidade ao
3/9 choque térmico pode estar relacionada à estabilidade química e física do aglomerante.
O processo de produção de aglomerados a ser usado no processo de sinterização, com diâmetro entre 0,01 e 8,0 mm, produzido de finos naturais de minério e silicato de sódio como principal aglomerante, e cura a baixa temperatura, não é mencionado na técnica anterior.
RESUMO DA INVENÇÃO
Um objetivo da presente invenção é fornecer aglomerados de finos de minério consistindo de um diâmetro entre aproximadamente 0,01 mm a aproximadamente 8,0 mm e formados de finos naturais de minério e aglomerantes baseados em silicato de sódio, sem o requisito do estágio de moagem ou qualquer outro tipo de trituração.
Outro objetivo da presente invenção é fornecer aglomerado de fino minério que não exige altas temperaturas para o estágio de cura.
Outro objetivo da presente invenção é fornecer aglomerados de finos de minério que consistem de baixos níveis de contaminação por Na2O, alta resistência mecânica e alta resistência ao contato com a água.
É também um objetivo desta invenção fornecer um processo para produzir aglomerados de finos de minério no qual o estágio de moagem ou outro tipo de trituração não é necessário.
É também outro objetivo da presente invenção fornecer um processo para produção de aglomerados de finos de minério que usam somente um tipo de agente aglomerante na fase de mistura e curto tempo de cura no estágio de secagem, diminuindo a demanda por energia e o custo de produção.
Portanto, a invenção consiste de um aglomerado de fino de minério a ser usado no processo de sinterização, que consiste de uma mistura de finos naturais de minério associados a um agente aglomerante, e compreende um diâmetro entre aproximadamente 0,01 e aproximadamente 8,0 mm.
4/9
A invenção também consiste de um processo de produção de aglomerados de finos de minério, consistindo das seguintes etapas:
(i) uso de finos naturais de minério com granulometria menor que aproximadamente 0,150 mm;
(ii) mistura de finos naturais de minério com agente aglomerante na proporção de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5,0% da massa de agente aglomerante;
(iii) granulação da mistura com adição controlada de água formando aglomerados com diâmetro entre aproximadamente 0,01 mm e aproximadamente 8,0 mm; e (iv) secagem de aglomerados úmidos a uma variação de temperatura entre aproximadamente 100 °C e aproximadamente 150 °C, formando aglomerados secos.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A presente invenção será descrita em mais detalhes abaixo, com base no exemplo de execução representada nos desenhos. A figura mostra:
Figura 1 - fluxograma do processo de produção de aglomerados de finos de minério, objeto da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
O objeto da presente invenção é um aglomerado de finos de minério a ser usado em processos de sinterização. Este aglomerado consiste de um diâmetro entre 0,01 mm e 8,0 mm, designado simplesmente como aglomerado e produzido a partir da mistura de finos naturais de minério que apresentam granulometria menor que 0,150 mm, associadas a um agente aglomerante, em um processo de granulação que podería ser peletização ou outro processo equivalente.
Conforme anteriormente mencionado, os finos de minério usados na formação desse aglomerado são os finos naturais de minério, isto é, as
5/9 partículas de baixa granulometria, sem os requisitos de moagem ou outros procedimentos de trituração a fim de obtê-lo dentro da faixa granulométrica desejável.
Os finos de minério aos quais a presente invenção se refere de preferência são finos naturais de minério de ferro; contudo, outros minerais como manganês, níquel e outros podem também ser usados.
O agente aglomerante da mistura com os finos naturais de minério de ferro é silicato de sódio, adicionado numa faixa de 0,5 a 2,5% de massa em estado sólido (pó) ou 1,5 a 5,0% de massa em estado líquido. Isso quer dizer que o silicato de sódio pode ser adicionado tanto na forma sólida como na forma líquida.
Além do agente aglomerante, acrescenta-se também aditivo na mistura. Esses aditivos consistem de amido de mandioca adicionado numa faixa de 0,5 a 1,0% em massa e microssílica adicionada numa faixa de 0,3 a 1,0% em massa.
A função dos aditivos adicionados ao silicato de sódio é melhorar a qualidade do aglomerado. Neste sentido, o amido aumenta a resistência à geração de finos por abrasão de aglomerados, por exemplo, por atrito durante o manuseio e transporte que gera a liberação de partículas finas, e a microssílica pode substituir parte do silicato de sódio sem diminuir a resistência mecânica deste aglomerado.
A cura ou secagem do aglomerado formado pela mistura de finos naturais de minério, agente aglomerante e aditivos é executada em baixa temperatura, na faixa de 100 °C a 150 °C, por 3 a 20 minutos. Essa secagem pode ser executada no forno rotativo, forno de grelha móvel ou forno de base horizontal fluidizada de secagem/de granulados. Assim, o aglomerado, objeto da presente invenção, apresenta cura ou secagem rápida, que não exige altas temperaturas, representando, portanto, um menor custo energético.
6/9
Também é uma finalidade da presente invenção um processo de produção de aglomerados de finos de minério, consistindo das seguintes etapas:
(i) Uso de finos naturais de minério com granulometria inferior a 0,150mm;
(ii) Mistura de finos naturais de minério com agente aglomerante na proporção de 0,5 a 5,0% em massa;
(iii) Granulação da mistura com adição controlada de água formando aglomerados com diâmetro entre 0,01 mm e 8,0 mm; e (iv) Secagem de aglomerados úmidos a uma variação de temperatura entre 100 °C e 150 °C.
Observa-se que o presente processo não inclui a fase de cominuição moagem, briquetagem, trituração, etc.), uma vez que esses finos naturais têm a granulometria adequada para aglomeração e obtenção de aglomerados com diâmetros dentro da faixa desejável.
A etapa de mistura é executada por um misturador ou pode ser executada diretamente em um forno de base fluidizada horizontal de secagem/de granulados.
Na rota via misturador, acrescenta-se o agente aglomerante silicato de sódio em estado líquido ou sólido, e os aditivos também são adicionados, consistindo de amido de mandioca na faixa de 0,5 a 1,0% em massa e microssílica na faixa de 0,3 a 1,0% em massa. Quando o silicato de sódio é acrescentado no estado sólido (pó), a quantidade varia entre 0,5 a 2,5% em massa. Quando a adição dessa solução de silicato de sódio é executada em estado líquido, a quantidade varia entre 1,5 a 5,0% em massa.
Esses componentes são misturados por um período de tempo que varia entre 5 a 10 minutos.
Após a conclusão da mistura dos finos com o silicato de sódio e
7/9 aditivos, a mistura é submetida a um processo de granulação que pode ser peletização em equipamento tipo disco ou tambor de peletização ou outro processo equivalente, com adição controlada de água, formando aglomerados com diâmetro entre 0,01 mm e 8,0 mm.
Na rota via forno de base fluidizada horizontal de secagem/de granulados, a mistura é executada nas mesmas proporções acima mencionadas, porém dentro do reator, que executa simultaneamente a granulação e a secagem do aglomerado.
Após a fase de secagem, pode-se considerar uma etapa de peneiramento para remoção de finos não aglomerados e os finos podem voltar ao processo na etapa de granulação, com a finalidade de aumentar o desempenho do produto nos processos de sinterização.
Depois do peneiramento, os aglomerados no tamanho de faixa desejados são selecionados e destinados à comercialização.
A secagem ou cura dos aglomerados pode ser executada por um forno rotativo, forno de grelha móvel ou forno de base fluidizada horizontal de secagem/de granulados, numa faixa de temperatura de 100 °C a 150 °C por 3 a 20 minutos, dependendo do tipo e tamanho do reator de secagem usado.
Observa-se nesta etapa que as temperaturas necessárias para cura ou secagem dos aglomerados são consideradas baixas, comparadas à temperatura aplicada no processo da técnica anterior.
Após a etapa de secagem, ocorre a etapa de peneiramento do aglomerado. Esse peneiramento é necessário para controle do produto final.
O aglomerado obtido desse processo apresenta alta resistência mecânica, tanto em condições secas como em condições altamente úmidas. Esta alta resistência permite transporte a longas distâncias e manuseio até seu uso final. Além disso, esse aglomerado não sofre nenhuma degradação por entrar em contato com águas pluviais.
8/9
No caso de minério de ferro, o uso de finos concentrados gera um aglomerado com altos teores de ferro e baixos teores de SiO2> AI2O3 e P.
Os testes executados como sinterização piloto confirmaram que o produto atinge excelente desempenho, com ganhos significativos para o processo e para a qualidade da sinterização, como, por exemplo, aumento na produtividade, redução do consumo específico de combustível, alta resistência mecânica, etc.
Os aglomerados foram avaliados em cinco condições, especificadas da seguinte forma:
1. Numa mistura de sinterização típica, 20% dos finos dessa mistura foram substituídos por 20% do aglomerado objeto da presente invenção e depois executada a medição dos resultados da produção, consumo de combustível e resistência mecânica do produto final sinterizado. Os ganhos obtidos foram: aumento de 12% na produtividade, redução de 30% do consumo de combustível e aumento de 15% da resistência mecânica do produto final.
2. Numa mistura de sinterização típica, 13% de um minério australiano bruto foi substituído por 13% do aglomerado da presente invenção e depois foi executada a medição dos resultados da produtividade, consumo de combustível e resistência mecânica do produto final sinterizado. Os ganhos obtidos foram: aumento de 9% na produtividade, redução de 5% do consumo de combustível e aumento de 12% da resistência mecânica do produto final.
3. Numa mistura de sinterização típica, 30% de um minério australiano bruto foi substituído por 13% do aglomerado da presente invenção e depois foi executada a medição dos resultados da produtividade, consumo de combustível e resistência mecânica do produto final sinterizado. Os ganhos obtidos foram: aumento de 12% na produtividade, redução de 7,5% do consumo de combustível e aumento de 4% da resistência mecânica do produto
9/9 final.
4. Numa mistura de sinterização típica, 30% de um minério bruto do Vale dessa mistura foi substituído por 30% do aglomerado da presente invenção e depois foi executada a medição dos resultados da produtividade, consumo de combustível e resistência mecânica do produto final sinterizado. Os ganhos obtidos foram: aumento de 20% na produtividade, redução de 4% do consumo de combustível e sustentação da resistência mecânica do produto final.
Assim, o aglomerado e processo de obtenção desse aglomerado, objeto da presente invenção, minimizam alguns problemas usualmente encontrados no processamento de aglomeração a frio, como: necessidade de alta dosagem de aglomerantes; elevado tempo de cura do produto, baixa resistência ao contato da água, alta produção de finos durante o transporte e manuseio, alta produção de finos como resultado do choque térmico e contaminação por elementos nocivos para utilização do produto.
Além disso, conforme anteriormente observado, o processo da presente invenção minimiza a necessidade de dosar diversos tipos de aglomerantes e, em especial, o requisito de moagem para adaptação granulométrica do minério. Portanto, resulta numa maior simplicidade do sistema de dosagem de aglomerantes e obtenção dos finos de minério para a etapa de peletização.

Claims (8)

1. Aglomerado de finos de minério a ser usado em um processo de sinterização, caracterizado pelo fato de que o aglomerado de finos de minério é formado por uma mistura de partículas de finos de minério com granulometria inferior a 0,150mm e um agente aglomerante, e no qual os aglomerados têm diâmetro entre 0,01 mm e 8,0 mm, em que o agente aglomerante constitui uma relação de 0,5% a 5,0% em massa de silicato de sódio, o referido aglomerado incluindo ainda aditivos formados por amido de mandioca numa faixa de 0,5% a 1,0% em massa e microssílica numa faixa de 0,3% a 1,0% em massa.
2. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente aglomerante é silicato de sódio em estado sólido numa proporção de 0,5% a 2,5% em massa.
3. Aglomerado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente aglomerante é silicato de sódio em estado líquido numa proporção de 1,5% a 5,0% em massa.
4. Método para produção de um aglomerado de finos de minério como definido nas reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que consiste nas etapas de:
uso de partículas de finos de minério com granulometria inferior a 0,150 mm;
mistura de partículas de finos de minério com um agente aglomerante numa proporção de 0,5% a 5,0% em massa de silicato de sódio;
formação de partículas úmidas com diâmetros entre 0,01mm e 8,0mm com adição de água; e secagem das partículas úmidas numa temperatura que varia de 100°C a 150°C para formar partículas secas, em que, durante a mistura, é adicionado um aditivo consistindo de amido de mandioca numa faixa de 0,5% a 1,0% em massa e microssílica numa faixa de 0,3% a 1,0% em massa.
Petição 870190068947, de 22/07/2019, pág. 8/9
2/2
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o agente aglomerante é silicato de sódio em estado sólido numa proporção de 0,5% a 2,5% em massa.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o agente aglomerante é silicato de sódio em estado líquido numa proporção de 1,5% a 5,0% em massa.
7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a formação de partículas úmidas é executada usando-se um disco, tambor de peletização ou dentro de um forno de base fluidizada horizontal de secagem/granulado.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que consiste ainda no peneiramento de aglomerados secos.
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