BRPI0801555B1 - composição aglomerante para pelotização de minério de ferro e processo para pelotização de minério de ferro - Google Patents

Abstract

composição aglomerante para pelotização de minério de ferro. a presente invenção refere-se a uma composição aglomerante contendo bentonita para uso na aglomeração de minério de ferro finamente moído. a composição da invenção compreende bentonita e um polissacarideo. a invenção também refere-se a um processo para preparação de pelotas de minério de ferro onde uma composição compreendendo bentonita e um polissacarídeo é utilizada com aglomerante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSIÇÃO AGLOMERANTE PARA PELOTIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO E PROCESSO PARA PELOTIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO". A presente invenção refere-se a uma composição de aglomerantes para uso em pelotização de minérios, mais particularmente minério de ferro, e o seu respectivo processo de fabricação para uso em processos de pelotamento. Antecedentes da Invenção Desde a descoberta do aço e da introdução do alto forno como principal processo para a sua produção, a exploração da matéria-prima conhecida como minério de ferro tornou-se de vital importância para o desenvolvimento da humanidade. Durante a primeira e principalmente na segunda guerra mundial houve um grande aumento no consumo de aço para atendimento das necessidades militares e no pós-guerra o aumento no consumo de minério de ferro continuou de forma sempre crescente para o atendimento às necessidades sempre crescentes do homem intrinsecamente ligadas ao forte desenvolvimento científico e tecnológico do século vinte.

Inicialmente o minério de ferro era explorado e consumido na forma de granulados oriundos da britagem do minério extraído das minas e separado dos finos gerados na britagem por peneiramento. Esses granulados eram alimentados diretamente na cuba do alto forno para a produção de ferro gusa. Essa prática executada durante vários anos levou a um grande aumento dos estoques de finos de minérios de ferro oriundos da britagem para a produção de granulados e paralelamente a isso os minérios adequados a britagem para uso em alto forno foram ficando cada vez mais escassos o que gerou uma pressão para a utilização dos finos de minérios que estavam ficando estocados e sem uso. O problema associado a esses finos é que eles não podem ser utilizados em processo alto forno ou em outros fornos tipo cuba onde gás redutor quente é soprado em alta velocidade de baixo para cima para transformar o óxido de ferro em ferro metálico. Nesses processos a presença de materiais finos no leito de minério a ser reduzido provoca entupimentos e engaiolamento da carga além de formar caminhos preferenciais, dificultando com isso o processamento da carga e piorando a qualidade do produto.

Em pouco tempo iniciou-se o aproveitamento desses finos em uma faixa que vai de malha 100 até 6,35 mm nos processos de sinterização e depois disso a parcela de pó com tamanho inferior a malha 100 começou a ser aproveitada em processos de pelotização que transformam o pó de minério em pelotas.

Devido à boa qualidade das pelotas produzidas, em pouco tempo elas suplantaram o consumo de granulados e com aumentos sucessivos na demanda de pelotas elas passaram a ser produzidas não apenas com os resíduos da produção de granulados, mas através da implantação de projetos exclusivamente dedicados à exploração de minérios para a produção de pelotas. Vários tipos de minérios têm sido utilizados na produção de pelotas podendo ser minérios compactos ou não e sendo hematíticos ou magne-títicos puros bem como hematíticos ou magnetíticos misturados ou contendo minerais hidratados de ferro. Os processos conhecidos e comercialmente utilizados para fabricação de pelotas são contínuos, nos quais uma polpa de concentrado de minério de ferro é filtrada a vácuo em filtros rotativos de disco onde o bolo produzido deve ter umidade adequada à pelotização. Na condição de umidade controlada o concentrado recebe uma quantidade a-dequada de aglomerante, é misturado intensivamente e depois enviado para discos ou tambores de pelotamento para a produção de pelotas cruas.

As pelotas cruas assim produzidas sáo enviadas a um forno de queima através de corretas transportadoras e, portanto, devem ter resistência mecânica suficientemente alta para resistir a choques e quedas que podem ocorrer durante o transporte. Por conseguinte, as pelotas devem chegar ao forno com sua integridade física intacta para que a qualidade física das pelotas queimadas não seja comprometida.

Os tipos de problemas que podem ocorrer com as pelotas cruas durante o transporte até o forno de queima são: • deformação da pelota devido a amassamento por compressão * deformação da pelota devido a amassamento por impacto • quebra ou trinca da pelota por compressão • quebra ou trinca da pelota por impacto A resistência das pelotas cruas depende de muitos fatores que são ligados diretamente ao minério de ferro e aos materiais que são adicionados para agregar propriedades químicas e/ou físicas às pelotas cruas, bem como para garantir propriedades físicas e químicas das pelotas queimadas em estrita ligação com os processos de fabricação do aço onde serão utilizadas. A presença de sílica no material a ser pelotizado acarreta desvantagens principalmente no que refere-se a qualidade das pelotas de redução direta e quanto maior o teor de sílica no material a ser pelotizado, maior a necessidade de tratar este material para redução da sílica. O aglomerante conhecido atualmente e mais utilizado em pelotamento de minério de ferro compreende uma argila mineral sílico-aluminosa chamada bentonita e que contém cerca de 50% a 60% de sílica e 13% a 17% de alumina dependendo de outras características da argila. Portanto o uso de bentonita como aglomerante na formação das pelotas causa um incremento do teor de sílica e da alumina, o que leva a um decréscimo do conteúdo de ferro total da pelota que é o material de interesse econômico e para o qual as pelotas de minério de ferro têm limites mínimos de especificação para sua aceitabilidade no mercado.

Por esse motivo principal, foram realizados muitos estudos ao longo de vários anos para o desenvolvimento dos chamados aglomerantes orgânicos que são livres de sílica e que tem o objetivo de substituir totalmente a bentonita nos processos de pelotização e com isso evitar o aumento da sílica na pelota. Esses aglomerantes orgânicos são fabricados basicamente com polímeros industriais oriundos da celulose vegetal ou então de polímeros industriais a base de poliacrilamidas. A patente brasileira PI 9605362-3 descreve um processo para preparação de pelotas de minério de ferro que compreende a utilização de melaço como principal material aglutinante em uma quantidade considerada muito alta por um perito no assunto e que varia de 0,5 a 1,5% com base no peso total da mistura a ser pelotizada e a bentonlta quando presente na mistura a ser pelotizada, encontra-se também em uma concentração considerada muito alta que pode ser de 0,4% a 0,6%. O documento US 4863512 descreve um aglomerante para minérios que compreende, entre outros componentes, um sal de metal alcalino; carboximetilcelulose, juntamente com um tripolifosfato de sódio. Esse tipo de aglomerante foi idealizado para substituir a bentonita mas não logrou êxito devido a conter o tripolifosfato de sódio que é um contaminante de fósforo que é altamente prejudicial aos processos de produção do aço e para o aço em si mesmo. Esse tipo de aglomerante foi rejeitado pela presença do fósforo que se não for extraído durante o processo causa sérios problemas de fragilização da estrutura do aço produzido. O documento RU 2245930 descreve uma composição aglomerante contendo bentonita e uma quantidade em peso de um polissacarídeo como ativador de bentonita. Nesse documento um polímero polieletrólito a base de polissacarídeo é adicionado ao concentrado de minério de ferro na faixa de 1% a 5% e está descrito que essa quantidade deve variar com a superfície específica do concentrado de minério. Considerando as adições de 1% a 5% pode-se dizer que o polímero além de ser utilizado em quantidades variáveis em função da superfície especifica do minério, tem uma proporção de uso excessivamente alta. Em função do uso de quantidades excessivamente altas do polímero, um perito no assunto pode afirmar que não existe o efeito de ativação da bentonita que é descrito porque a quantidade de polímero que deve ser adicionada, por ser muito alta, não justifica uma ativação. Já o documento RU 2227165 refere-se a uma composição a-glomerante que compreende, além da bentonita, um composto contendo sódio e um polímero solúvel em água. Nesse documento está declarado que o aglomerante contém bentonita, um composto que contém sódio e um polímero solúvel que pode ser éter de celulose, amido ou polissacarídeo ou poliacrilamidas em água em uma viscosidade de 5000 a 20000 mPa/s. Conforme revelado neste documento a composição do aglomerante pode conter um composto de sódio que pode variar de 0,1% a 6% e um polímero solúvel em água que pode variar de 0,1% a 3%. Nessas condições a concentração da bentonita no aglomerante pode variar de 91,0% a 99,8%, O documento GB 1383368 descreve uma mistura para sinteriza-ção e pelotização de minérios em que o polissacarídeo adicionado ao minério antes da sinterização é selecionado do grupo dos alginatos, de amidos pré-gelatinizados e de espessantes galactomannan. Um aglutinante inorgânico tal como bentonita pode também estar presente. O documento esclarece que a adição de polissacarídeo é realizada exclusivamente para melhorar a fluidez do material e não especifica a quantidade de bentonita utilizada mas esclarece que a bentonita melhora a permeabilidade e piora a fluidez do material.

Na presente invenção uma nova concepção de aglomerante é proposta onde o que se pretende é um aglomerante que contenha bentonita juntamente com outros componentes orgânicos e ou minerais e que exiba características de pelotamento iguais ou melhores do que as dos aglomeran-tes orgânicos ou inorgânicos do atual estado da técnica. Na composição do aglomerante da presente invenção a bentonita existe em quantidades percentuais acima de 50% mas ficará demonstrado por testes que o seu uso no processo causa apenas um aumento desprezível no conteúdo de sílica da pelota. É, portanto, o objetivo da presente invenção prover um aglomerante para pelotamento de minérios e, mais especificamente, de minérios de ferro, que permita a utilização de bentonita juntamente com outros aglome-rantes, sem que haja as desvantagens associadas com o aumento de sílica das pelotas quando se utiliza bentonita pura.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a composições de aglomerante para utilização em pelotização de minério de ferro cuja composição com base no peso total do aglomerante compreende uma argila que nesse caso é preferenciaimente uma bentonita e que participa da mistura de 30% a 80% e de 10% a 30% de um melaço, as percentagens estando em peso com base no peso total da composição aglomerante. A presente refere-se ainda a um processo para pelotização de minério de ferro em que se utiliza, como aglomerante adicionado ao referido minério de ferro antes da etapa de pelotização, uma composição aglomerante tal como definida acima.

BREVE DESCRICÂO DAS FIGURAS

As figuras 1 a 3 apresentam fotografias de pelotas de minério de ferro obtidas através da utilização das composições de aglomerantes do estado da técnica enquanto que as figuras 4 a 7 mostram pelotas obtidas com o aglomerante da presente invenção.

DESCRICÂO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a uma formulação aglomerante para uso em pelotização de minérios de ferro que contém em sua composição de 30 a 80%, em peso de uma bentonita com base no peso total da composição aglomerante, preferencialmente entre 45% e 60% em peso, de uma bentonita e de 10% a 30%, em peso com base no peso total da composição aglomerante, de um melaço. A composição da presente invenção permitiu a obtenção de um aglomerante com um considerável teor de bentonita, ou seja, até 60 % em peso, sem que trouxesse as desvantagens encontradas nos aglomerantes naturais de bentonita, desvantagens estas associadas com alta porcentagem de sílica na bentonita. O inventor verificou que a utilização de uma composição aglomerante de acordo com a presente invenção resulta em um acréscimo insignificante da sílica na pelota quando comparado ao uso de bentonita pura. A composição aglomerante da presente invenção preferencialmente pode conter outros componentes opcionais que agregam mais vantagens aos resultados alcançados. Por exemplo, a composição aglomerante pode compreender de 0 a 10% em peso de um polissacarídeo preferencialmente amiláceo. O polissacarídeo utilizado na presente invenção pode ser selecionado do grupo de amidos naturais de milho, batata, mandioca e arroz. A referida composição aglomerante pode conter polímeros orgâ- nicos sólidos e solúveis em água tais como uma poliacrilamida aniônica; polímeros sintéticos derivados de polissacarídeos naturais tais como carboxi-metilcelulose (CMC).

Preferencialmente, além da bentonita e de um melaço tal como definido acima, a composição aglomerante da presente invenção compreende uma poliacrilamida, preferencialmente linear e aniônica, tendo um peso molecular em uma faixa de 11.000.000 a 14.000.000 com referência ao carbono 12 e presente em uma faixa de 2 a 10%, preferivelmente de 4 a 9%, em peso com base no peso total do aglomerante. A composição também pode compreender um polímero sintético derivado de polissacarídeos naturais tais como carboximetilcelulose (CMC) ou de amidos modificados presente em uma quantidade de até 10%, preferencialmente de 4% a 8%, em peso com base no peso total da mistura a-glomerante. Carbonatos e bicarbonatos de metais alcalinos ou hidróxidos solúveis de metais alcalinos tais como carbonatos, bicarbonatos ou hidróxidos de sódio, lítio ou potássio pode estar presentes em uma percentagem de até 20% em peso, preferencialmente de 7 a 20%, em peso do aglomerante. Um aglomerante particularmente preferido compreende • de 45 a 60% de bentonita; • de 10 a 20% de melaço; • de 4 a 9% de uma poliacrilamida; • deOa 10%deum políssacarídeoamiláceo; • de 0 a 20% de um composto carbonáceo natural ou sintético contendo algum dos seguintes ions; lítio, sódio ou potássio.

Portanto, a presente invenção proporciona: • um aglomerante que é uma mistura de bentonita com outros a-glomerantes e que é um substituto eficaz da bentonita pura em processos de produção de pelotas de minério de ferro que tenham limitações de redução da sílica do minério de ferro bem como em quaisquer processos de produção de pelotas de modo geral; • uma alta eficiência de formação das pelotas aumentando a produtividade do processo de pelotamento; • manutenção das características de qualidade da pelota crua em comparação com os aglomerantes que representam o estado da técnica com o objetivo de garantir a sua integridade física durante o processo de transporte até o forno de queima e garantir com isso a qualidade da pelota queimada; • expressiva redução da umidade superficial das pelotas; • melhoria significativa no acabamento superficial das pelotas conforme mostrado pelas fotos das figuras 4 a 7 em comparação com os aglomerantes do estado da técnica; • redução significativa do aumento da sílica das pelotas em comparação com o uso da bentonita pura; • testes realizados com composições da presente invenção evidenciaram a ação sinérgica dos componentes das misturas de aglomerantes sobre as propriedades físicas das pelotas cruas.

Os testes de avaliação da qualidade de pelotas cruas em geral não são normalizados, mas são padronizados pelas empresas produtoras de pelotas. Por isso os testes de resistência a quedas foram realizados em conformidade com o procedimento padrão utilizado nas indústrias pelotizadoras onde as pelotas são deixadas cair de uma altura de 45 cm sobre uma superfície de cimento ou metálica com a medida do número de quedas que a pelota aguenta cair dessa altura sem apresentar trincas. Analogamente os testes de compressão das pelotas foram feitos quebrando-as com uma prensa de capacidade de 0 a 20 kg adequada a resistência que as pelotas cruas normalmente apresentam. A Tabela 1 abaixo mostra resultados dos testes realizados com pelotas produzidas com cada uma das composições de aglomerantes de acordo com a presente invenção. Na mesma tabela são apresentados para comparação os resultados correspondentes para um aglomerante orgânico fabricado à base de carboximetilcelulose (CMC) mas que pode conter também em sua formulação sais inorgânicos de cátions alcalinos dos grupos de carbonatos e sais orgânicos diversos e para bentonita os quais representam atualmente o estado da técnica em aglomeração. São também apresentados os resultados de incremento da sílica em função de cada tipo de aglomeran-te da presente invenção de onde se observa que são insignificantes.

Tabela 1: Para os exemplos BUN6 a BUN9 foram utilizadas as composições de aglomerantes de acordo com a presente invenção indicadas na Tabela 2: Tabela 2: As figuras 1 a 3 apresentam imagens do acabamento superficial de pelotas produzidas com as composições aglomerantes do estado da técnica onde a figura 1 refere-se a um aglomerante orgânico base CMC e as figuras 2 e 3 a aglomerantes de bentonita pura. As figuras 4 a 7 das pelotas produzidas com os aglomerantes da presente invenção BUN 6, BUN 7, BUN 8 e BUN 9, respectivamente.

As pelotas obtidas com a composição aglomerante da presente invenção apresentam alta resistência a quedas, uma compressão também alta (todas tiveram compressão seca acima de 4000 gramas) e, além disso, têm uma superfície externa extremamente lisa ou seja um acabamento superficial muito bom que tem uma influência altamente positiva sobre as propriedades físicas das pelotas queimadas. As fotografias das figuras 4 a 7 são também um testemunho do fator acabamento superficial das pelotas como importante figura de qualidade das pelotas fabricadas e mostram a importância das características do aglomerante para que se tenha o acabamento desejado nas pelotas.

Também foi possível demonstrar que com o uso das composições de aglomerantes da presente invenção, apesar do alto teor de bentoni-ta o aumento da sílica é insignificante quando comparado com o uso de a-glomerantes orgânicos conforme mostrado na tabela 1.

Os exemplos demonstram, ainda que houve expressiva redução da umidade superficial das pelotas conforme mostrado na tabela 1 particularmente nos exemplos BUN7 e BUN9.

Claims (10)

1. Composição aglomerante para uso em pelotização de minério de ferro, caracterizada por compreender de 30% a 80%, em peso, de bento-nita e de 10 a 30% de melaço, com base no peso total da mistura aglomerante.

2. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a bentonita está presente em uma quantidade de 45 a 60%, em peso, com base no peso total da mistura aglomerante.

3. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender um polissacarídeo amiláceo em uma quantidade de até 10% em peso com base no peso total da composição aglomerante.

4. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o polissacarídeo é um amido e está presente em uma quantidade de 10%, em peso, com base no peso total da mistura aglomerante.

5. Composição aglomerante de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de compreender ainda um composto selecionado de poliacrilamida aniônica, de polímeros sintéticos derivados de polissacarídeos naturais celulósicos ou de amidos modificados, de carbonatos e bicarbonatos de metais alcalinos, de hidróxidos solúveis de metais alcalinos, ou de suas misturas.

6. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a poliacrilamida está presente em uma proporção de 2 a 10 % em peso com base no peso total da mistura aglomerante.

7. Composição de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a poliacrilamida está presente em uma proporção de 4 a 9%, em peso, com base no peso total da composição aglomerante.

8. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o polímero sintético derivado de polissacarídeos naturais é selecionado de carboximetilcelulose ou de amidos modifica- dos e está presente em uma quantidade de até 10% em peso com base no peso total da mistura aglomerante.

9. Composição aglomerante de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que compreende carbonatos e bicarbonatos de metais alcalinos ou hidróxidos solúveis de metais alcalinos em uma percentagem de até 20% em peso do aglomerante.

10. Processo para pelotização de minério de ferro, caracterizado pelo fato de que uma composição aglomerante como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 é adicionada ao minério de ferro antes da etapa de pelotização.