Inicialmente, para levantamento do impacto do consumo de pellet feed concentrado na sinterização, com o mesmo consumo de aglomerante cal calcítica (60kg/t de sínter), foram obtidos os resultados de granulometria da mistura e das quase-partículas para os quatro ensaios, conforme indicados na Figura 72.
Figura 72: Granulometria das misturas e das quase-partículas nas frações >1mm (a) e >3mm (b)
A granulometria das quase-partículas produzidas no ensaio com a Mistura 1, ou seja, com a mistura sem o concentrado, se mostrou semelhante às Misturas 2 e 3, em termos de fração >1mm e >3mm. As quase-partículas produzidas com uma mistura mais fina (Mistura 4), apresentaram menor quantidade da fração >3mm, conforme indicado na Figura 72.
93 Figura 73: Índice de granulação das misturas nas frações >1mm (a) e >3mm (b)
A Mistura 2, com o blend de 70% de sinter feed hematítico e 30% de pellet feed concentrado, alcançou o menor índice de granulação em termos de fração >1mm e >3mm, apesar dessa mistura ter apresentado maior quantidade de partículas nucleantes (fração >1,0mm) em relação às demais misturas. Para a Mistura 3, com granulometria mais fina em relação à Mistura 2, o índice de granulação se apresentou melhor (Figura 73), mas o tamanho médio das quase- partículas foi reduzido para 6,0mm (Figura 74).
O tamanho médio das quase-partículas produzidas nos quatro ensaios está indicado na Figura 74. Os processos de discos e coating não tiveram impacto para granulação da Mistura 2, com 70% de SFH e 30% de PFC, que apresentou o menor resultado de granulação. Essa mistura se mostrou efetivamente granulada apenas no misturador.
A mistura menos favorecida em termos de fração nucleante/aderente (Mistura 4, com mix 60%SFH/40%PFC) apresentou o menor tamanho médio das quase partículas (5,42mm).
94 A elevação da participação de pellet feed concentrado no minério (Mistura 4) contribuiu para redução do tamanho médio das quase-partículas, o que pode ser explicado, basicamente pela granulometria do concentrado, que se apresenta mais fino em relação do sinter feed hematítico, e também pela maior quantidade de hematita lamelar nesse minério em detrimento a hematita granular, que exerce forte influência na aglomeração a frio (Tabela 18). Em seu trabalho, COELHO [9] afirma que minérios hematíticos especularíticos quando sinterizados sozinhos, isto é, sem participação de outros tipos de minério, ou quando aqueles estão em proporção muito alta na mistura, podem apresentar rendimento diferenciado (inferior) dos minérios hematíticos martíticos hidrotermais, justamente por causa da microestrutura lamelar dos primeiros, em comparação com a granular dos segundos.
A Mistura 3, com 70% sinter feed hematítico e 30% pellet feed concentrado de itabirito (com um ajuste na curva granulométrica de modo que a relação nucleante/aderente deixasse de ser interferência nos resultados) apresentou menor tamanho médio das quase partículas em relação à Mistura 1, que possui uma curva granulométrica semelhante (6,0mm e 6,88mm, respectivamente).
Após o teste de queima na planta piloto, foi possível quantificar a produtividade das diferentes misturas de minério, conforme apresentado na Figura 75.
Figura 75: Impacto do consumo de pellet feed concentrado na produtividade de sinterização
O teste referência com 100% sinter feed hematítico (Mistura 1) apresentou uma produtividade de 33,7t/m².24h. O consumo de pellet feed concentrado, com a mesma quantidade da fração
95 <0,150mm da fase referência e maior quantidade da fração >1,0mm (Mistura 2), apresentou uma produtividade supreendentemente superior (38,1 t/².24h). E, como era de se esperar, a elevação da fração fina do minério, que prejudicou a granulação a frio, comprometeu a permeabilidade do leito e, por sua vez, resultou em uma produtividade inferior para a Mistura 4 (31,1 t/m².24h), com 60% sinter feed hematítico e 40% pellet feed concentrado (Figura 75). Assim como esperado, a produtividade de sinterização reduziu consideravelmente, em relação à Mistura 2, após a redução da relação nucleante/aderente do mix 70% SFH /30% PFC, na Mistura 3. Mas não foi identificada perda de produtividade da Mistura 3 em relação à Mistura 1. Esse resultado de produtividade indica que o consumo de concentrado não interfere na produtividade da sinterização, quando sua granulometria não é alterada.
O aumento da produtividade de sinterização na Mistura 2, com o mix 70% SFH e 30% PFC, se deu em função da elevação da fração nucleante (fração >1mm) desse mix de minério em relação à fase referência (Mistura 2: 45,3% / Mistura 1: 34,6% - Tabela 12), apesar da fração fina (fração <0,150mm) ter ficado próxima entre os minérios (~38%) – isso fez com que a relação nucleante/aderente favorecesse os resultados para a Mistura 2 (Tabela 23). Importante destacar que a fração intermediária do minério (0,150mm a 1,0mm), ou seja, a fração que não se comporta nem como nucleante nem como aderente e que deve ser minimizada, foi diferente para as Misturas 1 e 2. O sinter feed hematítico apresentou aproximadamente 27,8% dessa fração, ao passo que a Mistura 2 apresentou apenas 15,3% (Tabela 23).
Tabela 23: Relação nucleante/aderente e fração intermediária dos minérios consumidos nos testes
Esses resultados estão de encontro a alguns trabalhos encontrados na literatura que a mistura deve conter a menor quantidade possível de partículas intermediárias e uma relação nucleante/aderente adequada, de modo a propiciar uma boa permeabilidade de carga durante a
Relação Nucleante/Aderente
(>1mm/<0,150mm)
Fração Intermediária (0,150mm a 1,0mm)
Mistura 1 Fase Referência
100% SFH 0,92 27,82
Mistura 2 Mix 70%SFH e 30%PFC
(maior relação nucleante/aderente) 1,15 15,34
Mistura 3
Mix 70%SFH e 30%PFC
(relação nucleante/aderente semelhante a fase referência)
0,92 26,70
Mistura 4
Mix 60%SFH e 40%PFC
(maior % de fração fina - <0,150mm - em relação a fase referência)
0,60 23,29
96 sinterização. VIEIRA et al. [8] afirmam que a distribuição granulométrica dos minérios afeta de forma acentuada as etapas de aglomeração a frio e a quente. Por isso torna-se importante controlar as porcentagens das partículas supergrossas, nucleantes, aderentes, intermediárias e superfinas da mistura a sinterizar.
ISHIKAWA et al. [14] apresentam uma descrição geral da granulometria do sinter feed ideal para sinterização e reforça a importância de minimizar a fração intermediária, que não se comportam como nucleantes e nem como aderentes, para uma aglomeração a frio efetiva. LISTER et al. [24] reforçam esse conceito afirmando que o efeito da quantidade de partículas intermediárias num minério no processo de granulação varia de empresa para empresa em função de condições operacionais, mas de um modo geral, seu impacto é negativo no processo de aglomeração a frio. As partículas intermediárias são difíceis de granular e não têm uma função definida. A quantidade de partículas nesse intervalo (0,2mm a 0,7mm) precisa ser mínima, uma vez que afeta a permeabilidade da mistura de duas formas: (a): como núcleo essas partículas reduzem o tamanho das quase partículas e assim resultam em menor permeabilidade do leito e; (b): como finos aderentes são fracamente aderidas e facilmente separadas das partículas secas. Quando o teor de água adicionado à mistura de minério durante a granulação é aumentado, as partículas intermediárias aderem aos núcleos mais grossos, mas se desprendem durante a secagem.
Considerando a importância da granulometria do minério na aglomeração, apesar de a Mistura 2 apresentar quase-partículas com tamanho médio intermediário, sua formação foi mais consistente em razão da melhor distribuição granulométrica do minério (menor quantidade de partículas intermediárias em relação aos minérios das Misturas 1, 3 e 4) consumido aliado ao resultado de produtividade obtido.
Com relação à qualidade do sínter produzido, quando foi consumido o mix com 30% de pellet
feed de concentrado, na Mistura 2, o tamboramento se apresentou um pouco inferior em relação
aos demais ensaios (produtividade maior do Ensaio 2 também foi alcançada em detrimento à qualidade física), ao passo que o sínter produzido a partir de uma mistura de minérios com maior quantidade de finos (Mistura 4) apresentou uma qualidade física superior (Figura 76). A redução de qualidade física do sínter produzido nas Misturas 2 e 3 em relação ao sínter da Mistura 1 se deve principalmente pela reduçao do volume de escória (Tabela 24), e a melhora na qualidade física do sínter da Mistura 4 se deve a menor velocidade da frente de chama e a
97 maior participação do pellet feed concentrado (que possui melhor características a aglomeração a quente). Comparando os resultados dos ensaios 1 e 4, assim como já descrito anteriormente, a maior participação de pellet feed concentrado, aliado à baixa velocidade de frente de chama no teste 4 favoreceram a qualidade qualidade física do sínter.
Figura 76: Qualidade do sínter produzido nos quatro ensaios realizados
O teste de assimilação e de penetração de líquidos feitos em laboratório para as amostras dos minérios de cada teste indicaram bom comportamento do pellet feed concentrado no processo de aglomeração a quente, com formação de um sínter com estrutura mais resistente, quando comparado ao sínter produzido apenas com o sinter feed hematítico. Em geral, minérios com menor teor de ganga tendem a formar líquidos de maior fluidez e, com isso, poros esféricos e, em consequência, sínter com maior resistência física. Por outro lado, minérios com maior teor de ganga tendem a formar líquidos de menor fluidez, formando poros irregulares [16], conforme ilustrado nas Figuras 62 a 65.
Esse resultado está coerente quando se avalia os ensaios com as Misturas 1 e 4, onde observa- se que apesar do tamboramento não ter se alterado tanto, o sínter produzido com 40% de pellet
feed concentrado apresentou o maior tamanho médio (Figura 76), apesar do menor volume de
escória (CaO + SiO2), conforme indicado na Tabela 24.
Em relação aos ensaios com as Misturas 1 e 2, o consumo do minério com melhor granulometria junto a uma parcela de concentrado na Mistura 2 resultaram em elevação da velocidade da frente de chama que, aliada ao baixo volume de escória, culminou num sínter com resultados inferiores de qualidade física. A qualidade metalúrgica do sínter também se mostrou mais favorável com o teste que apresentou menor velocidade de sinterização (Mistura 4), conforme ilustrado na Figura 76.
98 Tabela 24: Qualidade química dos sínteres produzidos
Para o RDI, um fator relevante é que a intensidade de degradação granulométrica dos sínteres, durante redução em baixas temperaturas, é fortemente influenciada pela presença de Al2O3 e
TiO2 na rede cristalina das hematitas secundárias. Os sínteres produzidos com pellet feed
concentrado, que possui menor %Al2O3, foi impactado positivamente nesse indicador de
qualidade.
Além da redução no teor de Al2O3, a entrada do pellet feed concentrado no mix de minério
resultou numa redução do teor de SiO2 de, aproximadamente, 6,35% para 5,90% e um teor de
P de, aproximadamente, 0,063 para 0,048%.
Com relação a umidade das quase-partículas nos diferentes testes e, de maneira coerente aos resultados do teste de water holding (que indicou maior necessidade de água pela fração aderente do sinter feed hematítico em relação ao pellet feed concentrado), com o consumo do
pellet feed concentrado no mix de minério, a umidade ótima tendeu a ser reduzida (Figura 77).
Figura 77: Umidade ótima das quase-partículas nos testes pilotos
O consumo de combustível se mostrou superior para a Mistura 1, possivelmente em função da maior necessidade de consumo de calcário calcítico (para atender a basicidade visada de 1,55,
% Mistura 1 100%SFH Mistura 2 70% SFH/ 30% PFC Mistura 3 70% SFH/ 30% PFC Mistura 4 60% SFH/ 40% PFC FeO 8,98 8,36 9,25 9,30 Fe(t) 56,65 57,7 58,05 57,75 Al2O3 1,32 0,98 1,06 1,08 SiO2 6,32 5,85 5,95 5,96 CaO 9,82 8,81 8,93 9,04 MgO 1,09 1,04 1,11 1,07 Mn 0,441 0,423 0,45 0,435 P 0,065 0,049 0,047 0,048 VE 16,14 14,66 14,88 15,00 IB 1,55 1,51 1,50 1,52
99 para um teor mais elevado de %SiO2 do minério) e umidade das quase-partículas mais elevadas.
As Misturas 2, 3 e 4 apresentaram consumo de combustíveis próximo, em torno de 65kg/t.
Figura 78: Consumo de combustível sólido nos testes pilotos
Nas Figuras 79, 80 e 81 são mostradas as estruturas dos sínteres pilotos analisados, as fases mineralógicas e a morfologia das partículas ao microscópio óptico. Foram realizadas análises em cinco amostras de cada tipo de sínter produzidos nos ensaios para as Misturas 1, 3 e 4. As amostras dos sínteres produzidos com a Mistura 2 se perderam e, por isso, infelizmente, não há informações mineralógicas do sínter dessa fase.
100 Figura 80: Mineralogia de amostras de sínter produzido com a Mistura 3 (mix 70%SFH/30%PFC)
Figura 81: Mineralogia de amostras de sínter produzido com a Mistura 4 (mix 60%SFH/40%PFC)
A análise mineralógica permitiu observar a maior presença de poros esféricos na amostras de sínteres produzidos a partir de misturas que continham o pellet feed concentrado em relação ao sínter produzido com o sinter feed hematítico.
101 Em todas as micrografias analisadas dos sínteres, observou-se que os poros estão aleatoriamente distribuídos na microestrutura do sínter, sob dimensões variadas.
Nas Figuras 82, 83 e 84 são mostradas a quantificação das fases mineralógicas dos sínteres piloto dos Ensaios 1, 3 e 4 - a análise mineralógica qualitativa do sínter apresentou os seguintes constituintes: hematita, magnetita, cálcioferrita e silicatos vítreos. A presença de poros, porém não foi quantificada.
Figura 82: Fases minerais presentes no sínter produzido com a Mistura 1
102 Figura 84: Fases minerais presentes no sínter produzido com a Mistura 4
Na Figura 85 é mostrada a média das fases encontradas nos sínteres piloto. Os sínteres apresentaram elevada quantidade de magnetita (especialmente o sínter da Mistura 3) e, em média, mais cálcio-ferrita do que silicato, sendo aquelas predominantemente sob a forma colunar, conforme ilustrado na Figura 86.
Figura 85: Média das fases minerais presentes nos sínteres piloto
A maior ou menor ocorrência de ferritos de cálcio e silicatos está associada à reação sólido- líquido em torno de 1200°C, por reação interativa entre o Fe2O3 e o líquido gerado pela mistura
103 Figura 86: Fases minerais presentes nos sínteres piloto (H - hematita; M - magnetita; CF - calcioferrita; S -
silicato).
A Tabela 25 apresenta um resumo dos principais resultados obtidos nesse estudo para as diferentes misturas contendo sinter feed hematítico e pellet feed concentrado.
Tabela 25: Resumo dos principais resultados obtidos para as diferentes misturas de sinter feed hematítico e pellet
feed concentrado Mistura 1 100%SFH Mistura 2 70% SFH/ 30% PFC Mistura 3 70% SFH/ 30% PFC Mistura 4 60% SFH/ 40% PFC TM das QP mm 6,88 6,23 6,00 5,42 Umidade das QP % 9,50 8,75 9,00 8,75 Consumo Combustíveis kg/t 72,4 64,5 66,0 66,8 Nucleante/Aderente - 0,92 1,15 0,92 0,60 Produtividade de Sinterização t/m².24h 33,7 38,1 34,7 31,1 Tamanho Médio do Sínter mm 14,3 14,2 13,3 17,4 Índice de Tamboramento % 72,9 70,21 70,84 72,94
Redutibilidade % 61,7 58,2 55,1 61,4
RDI % 23,5 20,2 20,2 21,10
SiO2 do sínter 6,32 5,85 5,95 5,96
Basicidade do Sínter CaO/SiO2 1,55 1,51 1,50 1,52
Mineralogia do Sínter
Hematita % 36,45 - 20,82 32,93
Magnetita % 31,45 - 40,23 39,77
CálcioFerrita % 18,42 - 21,8 13,57
104 6 – CONCLUSÕES
A partir da caracterização química entre o sinter feed hematítico e o pellet feed concentrado de itabirito foi possível observar grandes diferenças em termos de SiO2, Al2O3 e P – o minério
concentrado apresentou níveis de contaminantes significativamente inferiores em relação ao minério não concentrado hematítico. O teor de SiO2 do concentrado foi 4,05% ao passo que o
sinter feed hematítico da fase referência apresentou teor de 5,80%. O teor de P foi de 0,010%
contra 0,054% e o de Al2O3 foi de 0,37% contra 1,01% entre os minérios concentrado e não
concentrado, respectivamente.
Também foram observadas diferenças significativas em granulometria nas amostras de minério. Como era esperado, o pellet feed concentrado apresentou considerável elevação na fração fina (<0,150mm) – 72,0% enquanto o sinter feed hematítico apresentou resultado de aproximadamente 38%.
As análises feitas para as matérias-primas utilizadas nos ensaios pilotos HPS apresentaram informações dentro do esperado, como por exemplo: minério de Mn com teor de Mn de 12,6% e 10,5% de SiO2; calcário dolomítico com 15,4% de MgO; calcário calcítico com 55,2% de
CaO; antracito com carbono fixo de 88,5% ao passo que o breeze com 77,5%.
Comparativamente ao sinter feed hematítico, o pellet feed concentrado apresentou menor quantidade da fase mineral de hematita granular, o que, possivelmente, influenciou na granulação a frio, limitando o tamanho médio das quase-partículas para os testes com o consumo do pellet feed concentrado. No entanto, na primeira parte dos testes, em função da favorável curva granulométrica da Mistura 2, com o mix 70% de sinter feed hematítico e 30% de pellet feed concentrado, o qual apresentou uma relação nucleante/aderente de 1,15, acredita- se que houve maior eficiência na granulação a frio no que tange a resistência física das quase- partículas formadas. Esses resultados foram refletidos na considerável melhora na produtividade de sinterização em relação à Mistura 1 (Mistura 1: 33,7t/m².24h e Mistura 2: 38,1t/m².24h). Quando alterada a curva granulométrica do mix da Mistura 2 de modo que a relação nucleante/aderente deixasse de ser interferência nos resultados e, portanto, criada a Mistura 3, a produtividade desse teste foi reduzida se aproximando do resultado da fase referência sem pellet feed concentrado (Mistura 3: 34,7t/m².24h), o que indica que o consumo de concentrado não interfere negativamente na produtividade da sinterização, quando a
105 granulometria do blend de minério não é alterada. Quando elevada a fração <0,150mm em 10%, como foi o caso da Mistura 4, em relação à Mistura 1, a produtividade foi reduzida em aproximadamente 8%, apresentando resultado de 31,1t/m².24h. Para esse teste, essa mistura apresentou o menor tamanho médio no processo de aglomeração a frio quando comparados aos resultados das 4 misturas.
Pelo teste de water holding foi observado que a fração aderente do sinter feed hematítico possui uma capacidade um pouco maior de absorver água em relação ao pellet feed concentrado. O primeiro na fração nucleante apresentou menor absorção de água em relação à fração aderente do mesmo tipo de minério. Materiais com elevada capacidade de absorção de água tendem a elevar a umidade ótima da mistura por necessitar de maior quantidade de água para preenchimento de poros. Nos testes em escala piloto com o consumo de concentrado, a umidade ótima das quase-partículas tendeu a ser reduzida, assim como esperado de acordo com o teste de water holding.
Quanto aos resultados dos testes de aglomeração a quente (teste de assimilação e penetração de líquidos), conclui-se que o pellet feed concentrado, que possui menor teor de minerais de ganga e, que por sua vez, influencia em maior fluidez da fase líquida, favorece esse processo de aglomeração a quente, aumentando o rendimento de sinterização e a resistência física do sínter, com formação de uma estrutura com poros mais bem distribuídos e esféricos. Os sínteres fabricados na instalação piloto analisados ao microscópio ótico também indicaram maior esfericidade dos poros com maior participação do pellet feed concentrado quando comparamos as Misturas 1 e 4.
Os resultados sobre as características dos sínteres obtidos demonstram que o sínter produzido a partir do pellet feed concentrado é mais rico em ferro total, devido aos menores teores contaminantes presentes nesse minério em comparação com o sínter produzido a partir do sinter
feed hematítico, sem concentração. Quanto à qualidade física, o sínter produzido a partir do
minério com maior quantidade de pellet feed concentrado (Mistura 4) apresentou-se com qualidade superior devido menor velocidade da frente de chama e a maior participação do pellet
feed concentrado (que possui melhores características a aglomeração a quente).
Comparativamente à fase referência (Mistura 1), a Mistura 2 com mix 70%SFH/30%PFC apresentou piora na qualidade física (tamboramento e tamanho médio do sínter) principalmente pela redução do volume de escória, que preponderou nesses resultados, além da maior velocidade da frente de chama. Comparando os resultados dos ensaios das Misturas 1 e 4, assim
106 como já descrito anteriormente, a maior participação de pellet feed concentrado aliado à baixa velocidade de frente de chama, o ensaio da Mistura 4 resultou num sínter com melhor qualidade física (tamanho médio do sínter de 17,4mm para a Mistura 4 e tamanho médio em torno de 14,0mm para as demais misturas).
Com relação à qualidade metalúrgica do sínter (RI e RDI), o sínter de melhor resultado foi aquele com maior quantidade de concentrado (Mistura 4, com mix 60%SFH/40%PFC) que apresentou menor velocidade de sinterização e menor teor de contaminantes.
Para RDI, um fator relevante é que a intensidade de degradação granulométrica dos sínteres, durante redução em baixas temperaturas, é fortemente influenciada pelos seus tipos de constituintes microestruturais e pela presença de Al2O3 e TiO2 na rede cristalina das hematitas
secundárias. Os sínteres produzidos com pellet feed concentrado, que possui menor %Al2O3,
foi impactado positivamente nesse indicador de qualidade.
Por fim, sobre o consumo de combustível, foi possível observar que para a Mistura 1 esse consumo foi maior, possivelmente em função da maior necessidade de consumo de calcário calcítico, para atender a basicidade visada de 1,55, para um teor mais elevado de %SiO2 do
minério, e umidade das quase-partículas mais elevadas. As misturas 2, 3 e 4 apresentaram consumo de combustíveis em torno de 65kg/t.
Os resultados obtidos nesse estudo permitem concluir que o conhecimento prévio das características intrínsecas da mistura de minérios a sinterizar contribuem para o conhecimento do desempenho na sinterização. Em geral, o pellet feed concentrado, por se apresentar mais fino, pode vir a comprometer o processo de aglomeração a frio. Entretanto, sendo otimizado esse processo, o concentrado não traz malefícios ao processo de aglomeração a quente, mesmo com redução do volume de escória do sínter produzido a partir de seu consumo – pelo contrário, ele favorece esse processo a quente, basicamente pelo menor teor de ganga.
Esse conhecimento prévio de qualidade do minério a ser consumido pode promover a otimização de parâmetros utilizados nos processos de sinterização e, consequentemente, um melhor desempenho de produtividade e maior qualidade física do sínter produzido. Esse tipo de abordagem permite verificar a influência de novos tipos de minério de ferro no processo de