5.3.2 QUASE-PARTÍCULA NOS DISCOS DE PELOTIZAÇÃO:

Fonseca et al. (2005) estudaram a influência da distribuição granulométrica do pellet-feed na performance da aglomeração a frio dos discos de pelotização da SAMARCO e concluíram que os fatores mais importantes para a formação da pelota verde (green-pellets) são:

• forma do grão

• tamanho médio das partículas do minério

• mineralogia

• distribuição granulométrica do minério e do aditivo

• porosidade das partículas

• molhabilidade das partículas

• umidade da mistura

• tipo e quantidade do agente aglomerante

• regime de operação do equipamento (inclinação, rotação, tempo de retenção).

Por analogia, apesar da distribuição granulométrica da mistura no processo HPS ser diferente daquela utilizada na pelotização, adotou-se como premissa que as mesmas características acima citadas estarão presentes e impactando a performance da aglomeração a frio nos discos de pelotização do HPS.

5.3.2.1 - Regime de operação do disco de pelotização

Os discos de pelotização têm a função básica de formar as quase-partículas, estimulando a aglomeração a frio e alterando a distribuição granulométrica das micropelotas.

Os parâmetros de controle dos discos são a rotação, a inclinação e a injeção de água por meio de bicos aspersores.

Os parâmetros operacionais de controle são: o tempo de residência da mistura no disco, a taxa de alimentação em t/h e o fator de enchimento do disco observado pela altura de material em relação ao fundo (profundidade).

A tabela V.7 correlaciona os parâmetros operacionais com os resultados esperados nos discos.

Tabela V.7 Correlação parâmetros operacionais versus resultados esperados.

PARÂMETROS TEMPO DE RESIDÊNCIA TAMANHO DAS QUASE-PARTÍCULAS DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

Profundidade maior maior maior mais homogênea

Taxa de alimentação maior menor menor menos homogênea

Inclinação maior menor menor menos homogênea

5.3.2.2 - Formação da quase-partícula

Entende-se por granulação o processo pelo qual partículas muito finas se aderem entre si para a formação de uma partícula maior conforme mostrado na figura 5.37.

Figura 5.37 – Processo de granulação de uma mistura após a adição de água. Fonte: GranTec Tecnologia.

Meyer (1980) estabelece que a aglomeração a frio de duas partículas está condicionada ao fenômeno que envolve a interface de uma fase sólida (mistura de minério, fundentes e aglomerante) e uma fase líquida (água).

A força existente na interface sólido/líquido tem um efeito coesivo sobre as partículas e consiste em tensões superficiais do líquido e das forças de capilaridade operando nas superfícies côncavas formadas entre as partículas de minério. O efeito da capilaridade é muito importante no mecanismo da aglomeração. A água preenche os interstícios entre as partículas formando um sistema de capilaridade com múltiplas ramificações.

A sucção criada na interface ar/água do tubo capilar causa uma reação de igual intensidade nas partículas mantendo-as unidas.

Bernardes (2006) reconhece cinco mecanismos de ligações na formação de um aglomerado:

- forças de adesão e coesão no filme líquido entre as partículas individuais primárias, reduzindo assim a distância entre as partículas e aumentando a área de contato entre elas, potencializando, portanto a força de atração de Van der Waals;

- forças interfaciais conseguidas quando a mistura atinge um grau de saturação de água onde o filme entre as partículas individuais foi atingido, e as forças capilares começam a se potencializar na interface sólido/líquido e líquido/ar;

- formação de pontes sólidas após a evaporação do líquido, quando então o aglomerante cria ligações por meio de cristalização;

- forças de atração entre as partículas sólidas principalmente as forças eletrostáticas

- entrelaçamento mecânico quando as partículas se aderem por entrelaçamento ou agarramento mecânico.

Cassola & Moraes (2007) afirmam que a adição de água é um fator fundamental na formação e no crescimento das quase-partículas, pois cria uma tensão superficial que mantém os grãos minerais coesos, denominada de tensão neutra. A tensão neutra, porém, não é suficiente para manter a coesão das partículas de minério de ferro devido à elevada densidade. Além disso, soma-se a evaporação da água quando ocorre o aquecimento da quase-partícula provocado pela adição dos finos de sínter quente originados no processo de sinterização, causando assim uma desintegração da quase-partícula.

Aglomerantes precisam ser adicionados à mistura a ser aglomerada, com os objetivos de aumentar a viscosidade da fase líquida dentro dos capilares, manter a

quase-partícula coesa e auxiliar durante a queima na formação de “pontes cerâmicas” ou na formação de cálcio-ferritas, ou ainda na escorificação em pontos discretos, contribuindo para a resistência do sínter após a queima.

O aglomerante aumenta a resistência da quase-partícula de minério de ferro pela ação do material coloidal que diminui as distâncias entre partículas, aumentando a força de Van der Waals. Forma-se uma ligação sólida pelo gel ou colóide endurecido, que gera resistência das partículas nos pontos de contato.

Cassola & Chaves (1998) ao estudarem o efeito da aglomeração da mistura minério de ferro mais aglomerante constataram ser este decorrente de dois mecanismos diferentes que se somam para darem o resultado final, qual seja, aumentar a viscosidade da solução aquosa (fase líquida) e promover a ação dispersante do aditivo sobre as partículas coloidais de limonita presentes na superfície da hematita. O fenômeno da dispersão das limonitas da superfície da hematita é o mecanismo que assegura a viscosidade intersticial dentro da quase-partícula e permite a formação de películas de óxido de ferro intergranulares, que ajudam na formação das cálcio-ferritas durante a queima contribuindo, portanto para a resistência da quase-partícula.

Sportel e Droog (1997) alertam para a necessidade de controle da umidade da mistura como forma de garantir uma boa performance na aglomeração a frio. A determinação do grau de saturação com água nos poros do aglomerado e a influência desta na resistência mecânica levaram os autores citados a definir as seguintes equações: ar volume água volume água volume saturação _ _ _ + = (equação V.4) aglomerado volume ar volume água volume porosidade _ _ _ + = (equação V.5)

volume_aglomerado=volume_sólido+volume_água+volume_ar (equação V.6)

A boa performance de um processo de aglomeração a frio está ligada diretamente à distribuição granulométrica do aglomerado formado nos discos de pelotização.

Ergun & Orning (1949 in Paquet et al., 2005) mostram a importância da distribuição granulométrica do aglomerado na permeabilidade da camada de mistura. Um aumento no diâmetro das partículas aglomeradas acarretará um aumento na permeabilidade da camada.