RENDIMENTO NA SINTERIZAÇÃO EM FUNÇÃO DA MINERALOGIA DO SINTER FEED

(1)

(2)

REDEMAT

R

EDE

T

EMÁTICA EM

E

NGENHARIA DE

M

ATERIAIS

UFOP - CETEC - UEMG

Pós-Graduação em Engenharia de Materiais

LUIZ HENRIQUE COELHO

RENDIMENTO NA SINTERIZAÇÃO EM FUNÇÃO

DA MINERALOGIA DO

SINTER FEED

Dissertação de Mestrado

(3)

RENDIMENTO NA SINTERIZAÇÃO EM

FUNÇÃO DA MINERALOGIA DO

SINTER FEED

LUIZ HENRIQUE COELHO

Eng. Geólogo – Escola de Minas – UFOP - 1972

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação em

Engenharia de Materiais da REDEMAT – Rede Temática

em Engenharia de Materiais – do convênio UFOP, CETEC

e UEMG, como parte dos requisitos necessários à obtenção

do título de Mestre em Engenharia de Materiais.

Orientador: Prof. Dr CLÁUDIO BATISTA VIEIRA

Co-Orientador: Prof. Dr FERNANDO GABRIEL DA SILVA ARAÚJO

Ouro Preto – MG

Dezembro de 2002

(4)

(5)

Sou grato a Deus e aos meus pais por ter nascido, aos meus irmãos por terem me encaminhado, e ao Universo por ter me criado...

Dedico esta dissertação, com amor e carinho, à minha família – minha mulher Elizabeth, e nossos filhos, Thiago, Viviane e Matheus – pelos apoio, confiança, compreensão e por tudo que passamos juntos nesta empreitada...

Este é um momento mágico, de certa forma poético. Gostaria de deixar pelo menos um pequeno verso de poesia, no entanto, não sei fazê-lo. Por isso, deixo aqui, o que penso da poesia da vida. Acredito que a verdadeira poesia da vida é vivê-la...

(6)

ÍNDICE

Agradecimentos ... i

Lista de Figuras ... iii

Lista de Fotos ... iv

Lista de Tabelas ... vii

Abreviaturas ... x

Resumo ... xiii

Abstract ... xv

CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO GERAL ... 1

I.1 – Referências bibliográficas ... 6

CAPÍTULO II – CLASSIFICAÇÃO GEOSIDERÚRGICA DOS PRINCIPAIS TIPOS DE MINÉRIOS DE FERRO BRASILEIROS – SUA GÊNESE E SEUS PRODUTOS ... 7

II.1 – Referências bibliográficas ... 24

CAPÍTULO III – METODOLOGIA DE CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E MICROESTRUTURAL PARA MINÉRIO DE FERRO – ÊNFASE PARA SINTER FEED ... 26

III.1 – Introdução – Histórico da microscopia ótica ... 27

III.2 – Revisão Bibliográfica ... 30

III.3 – Procedimentos para análise mineralógica, de materiais das minas de ferro – proposta e discussão ... 33

III.3.1 – Preparação de pastilhas – seções polidas... 35

III.3.2 – Estudo em lupa binocular ... 36

III.3.3 – Estudo ao microscópio petrográfico de luz refletida ... 37

III.3.4 – Metodologia proposta de análise ao microscópio ... 37

III.3.4.1 – Amostra global ou 1x1... 42

III.3.4.2 – Sinter Feed ... 42

III.3.4.3 – Pellet Feed ... 45

III.4 – Conclusão ... 48

(7)

CAPÍTULO IV – CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA, MICROESTRUTURAL E GRANULOMÉTRICA DE AMOSTRAS DE SINTER FEED

DE MINA DA SERRA DA MOEDA, REGIÃO OESTE DO

QUADRILÁTERO FERRÍFERO-MG ... 52

IV.1 – Introdução ... 54

IV.2 – Metodologia de trabalho ... 55

IV.3 – Resultados e Discussão ... 56

IV.4 – Análises químicas ... 59

IV.5 – Conclusões ... 61

IV.6 – Referências bibliográficas ... 62

CAPÍTULO V – INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS MINERALÓGICOS SOBRE O RENDIMENTO DO BOLO DE SINTER – CONSIDERAÇÕES GEOSIDERÚRGICAS ... 100

V.1 – Introdução ... 102

V.2 – Revisão Bibliográfica ... 109

V.3 – Procedimento ... 122

V.4 – Resultados e discussão ... 126

V.4.1 – Análise de resultados dos experimentais na máquina-piloto ... 126

V.4.2 – Simulação teórica de uma mistura a sinterizar ... 132

V.4.2.1 – Exemplo de perda de massa = perda por calcinação – PPC ... 136

V.4.3 – Microestruturas de um sinter-piloto qualquer - exemplo ... 137

V.5 – Conclusões ... 143

V.6 – Referências bibliográficas ... 144

CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES GERAIS ... 147

CAPÍTULO VII – SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS ... 150

VII.1 – Correlacionar a porcentagem de PPC da goethita com a degradação física do sinter ... 151

VII.2 – Estudar o rendimento na sinterização em função da granulometria da mistura a sinterizar ... 151

VII.3 – Estudar o rendimento na sinterização utilizando outros tipos de minérios e suas misturas ... 152

VII.4 – Referência bibliográfica ... 153

(8)

i

AGRADECIMENTOS

Os meus sinceros agradecimentos àquelas pessoas – anônimas ou não – que colaboraram para o desenvolvimento deste trabalho, desde passar um simples recado, tirar uma cópia xerox, até fornecer informações valiosas para a compreensão do conteúdo técnico de diversas partes desta dissertação e, em especial,

ao professor Dr Cláudio Batista Vieira, pela orientação, direcionamento do trabalho, incentivo, a vasta referência bibliográfica específica e mediação junto ao fornecedor das amostras de sinter feed e dos ensaios-piloto de sinterização;

ao professor Dr Fernando Gabriel da Silva Araújo, pela co-orientação, incentivo durante todo o tempo de estudo, da fase de créditos à experimentação;

ao professor Dr Paulo Santos Assis pelo incentivo, apoio, entusiasmo e sugestões; ao professor Dr Varadarajan Seshadri, do DEMET-EEUFMG, pelos valiosos comentários e sugestões;

ao engenheiro geólogo, M.Sc. Kioshi Márcio Kaneko, da CVRD, pela contribuição técnica e sugestões;

ao professor Dr Ricardo Domingues, por ceder parte de seu tempo após as aulas para estudar conosco;

ao professor Dr Vicente Garibay do DEMAT-UFOP o irrestrito apoio e colaboração na análise estatística dos dados;

aos colegas de curso, Francys, Ricardo Mattioli, Marcelo “Magoo”, Emerson “Banana”, Rogério Maciel, Juliano, Eloísio, pelos estudos direcionados após as aulas, na fase de créditos, e participação em trabalhos de equipe;

ao Dr Andre Pitasse da Cunha e ao técnico Renato Luiz Martins Pinto, por cederem as amostras de sinter feed e pela elaboração de todos os ensaios-piloto de sinterização;

ao professor da Escola de Minas, César Mendonça Ferreira e ao seu filho Sandro, aluno do DEGEO-UFOP, a elaboração de todas as preparações especiais – pastilhas – para estudo ao microscópio petrográfico de luz refletida;

ao engenheiro metalúrgico – M.Sc. – Erivelto Luís de Souza, por ter revisado o capítulo da revisão bibliográfica;

ao técnico Célio Marcos Ziviani, a revisão da mineralogia;

(9)

ao Wagner Dias, aluno do DEMET – UFOP, pela colaboração na revisão final do Capítulo V;

ao engenheiro metalúrgico Henriquison Magela Bottrel Reis e ao engenheiro metalúrgico – M.Sc. – Hamilton Porto Pimenta, ambos da Gerência de Pesquisa de Processos da Usiminas, as informações sobre rendimentos na sinterização e sobre as equações (fórmulas) mais utilizadas para o cálculo do rendimento;

à secretária da Redemat, Ana, sempre gentil no atendimento;

à Ignez Gomes Guimarães e ao Márcio Helvécio – Fricks – o carinho e ótimo atendimento em sua pousada, durante toda a fase de créditos;

ao meu filho Thiago Duarte Coelho, o Abstract, toda a digitação e editoração desta dissertação;

(10)

iii

FIGURAS

Página

Capítulo II

Fig. 2.1 – Planta de situação das principais minas de minério de ferro do ... Quadrilátero Ferrífero – Minas Gerais ... 10

Capítulo III

Fig. 3.1 – Método de análise para estimativa dos minerais contidos em 25 campos sucessivos ... 41

Capítulo IV

Fig. 4.1 – Microscópio ótico de luz refletida utilizado nesta dissertação ... 58

Capítulo V

Fig. 5.1 – Sinterização-Piloto ... 104 Fig. 5.2 – Misturador/Micropelotizador, silo de transporte da mistura e Usina-Piloto

de sinterização ... 104 Fig. 5.3 – Tambor para estabilização granulométrica do sinter produzido ... 104 Fig. 5.4 – Misturador-Piloto ... 104 Fig. 5.5 – Microestrutura de sinter, que apresenta boas qualidades físicas e

metalúrgicas ... 111 Fig. 5.6 – Núcleos de hematita martítica hidrotermal primária (extraído de COSTA et

al. – 1995) ... 112 Fig. 5.7 – Variáveis de processo e de qualidade na usina-piloto. Composição

(11)

FOTOS

Página

Capítulo IV

Foto 1 – Hematita martítica hidrotermal (HMH) e pouca hematita especular (HE) ... 88

Foto 2 – Mesma posição da foto1. Textura granoblástica (granular) fina ... 88

Foto 3 – Hematita martítica hidrotermal (HMH) e minerais de manganês ... 88

Foto 4 – Mesma posição da foto 3 ... 88

Foto 5 – Hematita martítica meteórica (HMM), hematita martítica hidrotermal com relictos de magnetita. Um pouco de goethita (GO) ... 89

Foto 7 – Itabirito martítico. Ocorrência de hematitas meteórica, hidrotermal e especular ... 89

Foto 9 – Itabirito martítico meteórico, microdobrado ... 90

Foto 11 – Textura geral granoporfiroclástica, de clastos de hematita martítica meteórica, em matriz fina de HMH e um pouco de HE ... 90

Foto 13 – Porfiroclasto de HMM em matriz de HMH, HMM e HE ... 91

Foto 15 – Hematita martítica hidrotermal com relictos de magnetita (MA) ... 91

Foto 17 – Hematita martítica hidrotermal com textura granoblástica (granular) fina ... 92

Foto 19 – Grãos de quartzo cimentados por minerais de manganês (Mn), principalmente pirolusita ... 92

Foto 20 – Partículas de minério martítico (HMH), cimentadas por goethita ... 92

(12)

v

Foto 22 – Fração intermediária de sinter feed; HMH, QZ e rara goethita (GO) ... 93

Foto 23 – Fração nucleante (+3,00 mm). Partícula de itabirito martítico hidrotermal, parcialmente bandado ... 93

Foto 24 – Porfiroclasto de HMH em matriz de HMH ... 94

Foto 26 – HMH encapsulada por GO... 94

Foto 27 – Vênula de QZ no itabirito martítico ... 94

Foto 28 – Hematita martítica hidrotermal ... 95

Foto 29 – HMH + HMM, com finos cristais de HE em plano de cisalhamento ... 95

Foto 30 – Porfiroclastos de HMH em matriz de HMH, com início de especularitização ... 95

Foto 31 – Fração aderente de sinter feed; QZ, HMH e HE ... 95

Foto 32 – Fração intermediária de SF; HMH, QZ, pouca HE e rara GO ... 96

Foto 33 – Fração nucleante supergrossa (+6,35 mm); porfiroclastos de HMM em matriz fina de HE e HMH. Tectonito ... 96

Foto 34 – Fração intermediária de SF; HMH, HMM e QZ... 96

Foto 35 – Fração aderente de SF; HMH, pouca HMM, HE e QZ ... 97

Foto 36 – Fração nucleante supergrossa (+6,35 mm); porfiroclastos de HMH com HMM, em matriz de HE e HMH finas. Tectonito ... 97

Foto 37 – HMM, HMH e QZ, cimentados por GO ... 97

Foto 38 – Itabirito martítico (HMH + HMM) com muito QZ de bordas corroídas ... 97

Foto 39 – Fração aderente de SF; HMH, HE, QZ e poucas HMM e GO ... 98

Foto 40 – Brecha tectônica com partículas de HMH cimentadas por GO ... 98

Foto 41 – Itabirito martítico hidrotermal rico ... 98

Foto 43 – Hematita martítica hidrotermal ... 99

(13)

Capítulo V

Foto 45 – Partícula de calcário com textura granular fina ... 108

Foto 47 – Partículas de caulinita, quartzo, calcário e coque ... 108

Foto 49 – Sinter piloto de (22/04/96). Partícula nucleante de HE primária, magnetita, sílico ferritos de cálcio ... 138

Foto 50 – Sinter piloto (22/04/96). Partícula de HMH primária, com textura granoblástica (granular) ... 138

Foto 51 – Sinter piloto (22/04/96). Mesma posição da foto 50... 138

Foto 52 – Sinter piloto (22/04/96). Partículas nucleantes de HMH primária, em matriz de magnetita secundária, ferritos de cálcio e um pouco de hematita romboédrica secundária ... 139

Foto 53 – Sinter piloto (22/04/96). Mesma posição da foto 52, mostrando a textura granoblástica (granular) ... 139

Foto 54 – Sinter piloto (22/04/96). Início de uma grande trinca a partir de um poro ... 139

Foto 55 – Sinter piloto (22/04/96). Continuação da trinca observada na foto 54 ... 140

Foto 56 – Sinter piloto (22/04/96). Continuação da trinca observada nas fotos 54 e 55 ... 140

Foto 57 – Sinter piloto (22/04/96). Continuação da trinca iniciada na foto 54 ... 140

Foto 58 – Sinter piloto (22/04/96). Propagação da trinca iniciada na foto 54 ... 140

Foto 59 – Sinter piloto (22/04/96). Continuação da trinca iniciada na foto 54 ... 141

Foto 60 – Sinter piloto (22/04/96). A trinca iniciada na foto 54 termina em um grande poro, na outra extremidade da partícula ... 141

Foto 61 – Sinter piloto (22/04/96). Partícula nucleante de HMH primária, com magnetita secundária crescendo nas bordas ... 141

(14)

vii

TABELAS

Página

Capítulo III

Tabela 3.1 – Lista dos 63 parâmetros selecionados para representar a identidade mineralógica das partículas do sinter feed de minério de ferro ... 39 Tabela 3.2 – Lista dos 48 parâmetros selecionados para representar a identidade

microestrutural das partículas do sinter feed de minério de ferro ... 40 Tabela 3.3 – Planilha memória de cálculo 3x1 – Composição mineralógica do sinter

feed (% em volume) ... 43 Tabela 3.4 – Planilha final 3x1 – Composição mineralógica do sinter feed (% em

peso) ... 44 Tabela 3.5 – Planilha memória de cálculo 4x1 – Composição mineralógica do pellet

feed (% em volume) ... 46 Tabela 3.6 – Planilha final 4x1 – Composição mineralógica do pellet feed (% em

peso) ... 48

Capítulo IV

Tabela 4.1 – Distribuição granulométrica das 37 amostras de sinter feed estudadas ... 63 Tabela 4.2 – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter feed estudadas (%

em volume). Amostras: 1 a 8 ... 64 Tabela 4.2 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter

feed estudadas (% em volume). Amostras: 9 a 16 ... 65 Tabela 4.2 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter

feed estudadas (% em volume). Amostras: 33 a 37 ... 68 Tabela 4.3 – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter feed estudadas (%

em peso). Amostras: 1 a 8 ... 69 Tabela 4.3 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter

(15)

Tabela 4.3 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter feed estudadas (% em peso). Amostras: 17 a 24 ... 71 Tabela 4.3 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter

feed estudadas (% em peso). Amostras: 25 a 32 ... 72 Tabela 4.3 – (continuação) – Composição mineralógica das 37 amostras de sinter

feed estudadas (% em peso). Amostras: 33 a 37 ... 73 Tabela 4.4 – Caracterização microestrutural das 37 amostras de sinter feed

estudadas. Amostras: 1 a 7 ... 74 Tabela 4.4 – (continuação) – Caracterização microestrutural das 37 amostras de

sinter feed estudadas. Amostras: 8 a 14 ... 75 Tabela 4.4 – (continuação) – Caracterização microestrutural das 37 amostras de

sinter feed estudadas. Amostras: 36 e 37 ... 79 Tabela 4.5 – Resultados da análise química das 37 amostras de sinter feed estudadas,

com base na composição mineralógica. Amostras: 1 a 7 ... 80 Tabela 4.5 – (continuação) – Resultados da análise química das 37 amostras de sinter

feed estudadas, com base na composição mineralógica. Amostras: 8 a 14 ... 81 Tabela 4.5 – (continuação) – Resultados da análise química das 37 amostras de sinter

(16)

ix

Tabela 4.6 – Resultados da caracterização mineralógica das 37 amostras de sinter feed estudadas (nível mais baixo e nível mais alto de cada constituinte

mineralógico - % peso) ... 86

Tabela 4.7 – Resultados da caracterização microestrutural das 37 amostras de sinter feed estudadas (nível mais alto e nível mais baixo de cada parâmetro) ... 87

Capítulo V Tabela 5.1 – Resultados da análise química por métodos convencionais ... 105

Tabela 5.2 – Rendimento do sinter, parâmetros da usina-piloto e do sinter feed (SF) ... 106

Tabela 5.2 – (continuação) – Rendimento do sinter, parâmetros da usina-piloto e do sinter feed (SF) ... 107

Tabela 5.3 – Parâmetros da usina-piloto de sinterização, para cálculo de rendimento ... 123

Tabela 5.4 – Distribuição granulométrica de matérias-primas da mistura a sinterizar na usina-piloto ... 124

Tabela 5.5 – Proporção de mistura das matérias-primas (%) ... 124

Tabela 5.6 – Regressão linear simples, com parâmetros individuais ... 127

Tabela 5.7 – Resultados da análise estatística – regressão linear múltipla ... 128

Tabela 5.8 – Rendimento = função linear da mineralogia, pelo método de regressão linear múltipla ... 129

Tabela 5.9 – Resultados de Rendimento em usina-piloto (y real) e pelo modelo de regressão linear múltipla (Y modelo) ... 131

(17)

ABREVIATURAS

UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto

CETEC – Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais UEMG – Universidade do Estado de Minas Gerais DEMET – Departamento de Metalurgia e Materiais

EEUFMG – Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais CVRD – Cia Vale do Rio Doce

DEMAT – Departamento de Matemática DEGEO – Departamento de Geologia

NPO – Natural Pellet Ore

SF – Sinter Feed

PF – Pellet Feed

QF – Quadrilátero Ferrífero

QF-MG – Quadrilátero Ferrífero - Minas Gerais MG – Minas Gerais

MP – Mistura Parcial MT = Mistura Total

RMP – Rendimento de Mistura Parcial SR – Sinter Retorno

PPC – Perda Por Calcinação / perda ao fogo C - Combustível

R1 = Rendimento do Bolo de Sinter

R2 = Rendimento Total

ROM – Run of Mine

MBR – Minerações Brasileiras Reunidas S/A CSN – Cia Siderúrgica Nacional

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xi

BIF – Banded Iron - Formation

MS – Mato Grosso do Sul PA – Pará

RDI – Índice de degradação sob redução a baixas temperaturas IR – Índice de redutibilidade

TI – Índice de tamboramento AI – Índice de abrasão P – Fósforo

MEV – Microssonda eletrônica de varredura EDS – Espectrômetro de energia dispersiva HE – Hematita especular

HM – Hematita martítica

HMH – Hematita martítica hidrotermal HMM – Hematita martítica meteórica GO – Goethita

MA – Magnetita QZ – Quartzo CA – Caulinita GI – Gibbsita

Mn – Minerais de manganês / óxidos de manganês MI – Mica

CI – Cianita RU – Rutilo IL – Ilmenita TU – Turmalina

(19)

mm – milímetro

µm – micron / micra OT – Outros minerais

m – menor tamanho / menor valor M – maior tamanho / maior valor

M – tamanho médio / moda

SFCA – Sílico ferrito de cálcio e alumínio N – Partículas nucleantes

A – Partículas aderentes VS – Versus

nm – nanometro CQ – Coque

CC – Calcário calcítico

(20)

xiii

RESUMO

Nesta dissertação procedeu-se a caracterização mineralógica de sinter feed ensaiado em máquina-piloto de sinterizar, para correlacionar os parâmetros mineralógicos, com os valores de rendimento do bolo de sinter obtidos através dos ensaios-piloto.

A caracterização mineralógica foi bastante abrangente, enfocando desde a classificação geosiderúrgica dos principais tipos de minérios de ferro brasileiros, passando pela metodologia de caracterização, obtenção de análises químicas estimadas a partir da mineralogia determinada ao microscópio ótico de polarização e finalizando em considerações geosiderúrgicas sobre alguns dos parâmetros obtidos.

Classificaram-se os tipos de minérios brasileiros em hematíticos e hidratados. Hematíticos martíticos caracterizam-se pela predominância da martita e são metamórficos hidrotermais. Hematíticos especularíticos apresentam a especularita e são tectônicos-metamórficos. Hematíticos microcristalinos apresentam a hematita microcristalina, não tendo sido afetados por processos metamórficos. Os hidratados são itabiritos (metamórficos) e jaspilitos (não metamórficos). Os metamórficos dividem-se em itabiritos magnetíticos onde há predominância da magnetita; em itabiritos martíticos com predomínio da martita; em itabirito goethítico, com a goethita; em itabirito especularítico, com a especularita predominante; em itabirito anfibolítico por apresentar pseudomorfos de anfibólios.

Foram caracterizadas trinta e sete (37) amostras de sinter feed, cada uma distribuída em seis (06) faixas granulométricas, totalizando quatro mil, cento e sete (4.107) estudos diretos ao microscópio petrográfico de luz refletida, cujo método mostrou-se bastante eficaz. Destas, foram ensaiadas em máquina-piloto de sinterização, trinta e quatro (34) amostras.

Os resultados de rendimento na sinterização foram bastante variáveis, desde 61,84% até 78,16%. Diversos parâmetros consagrados na literatura como correlacionáveis com o rendimento na sinterização foram cruzados com este. Os resultados do cruzamento de dezessete parâmetros com o rendimento foram negativos, isto é, ruins para o método de correlação linear simples, com variáveis testadas individualmente.

(21)

(22)

xv

ABSTRACT

In this research investigation a correlation between mineralogical characterization of

sinter feed and sintery efficiency of these feeds in the pilot sintery unit has been developed. Mineralogical characterization included geometallurgical classification of main types Brazilian iron ores considering conventional characterization methodology, chemical analysis, mineralogy, geometallurgical aspects, etc.

The ores types were classified in hematitics and hydrated. Martitics hematitics are characterized by the predominance of the martite and they are hydrotermal metamorphic. Hematitics specularitics present the specular and they are tectonic-metamorphic. Microcrystallines hematitics present the hematite microcrystalline, not having been affected by metamorphic processes. Hydrated are itabirite (metamorphic) and jaspilites (not metamorphic). The metamorphic ones become separated in itabirites magnetitics preponderating the magnetite; in itabirites martites with prevalence of the martite; in itabirite goethitic, with the goethite; in itabirite specularitic, with the predominant specular; in itabirite amphibolitic presenting amphibols pseudomorphos.

Characterization of 37 samples of sinter feed distributed in six grain size fractions were carried out. In all 4.107 direct observations were made with the help of a petrographic microscope in reflected light. 34 sinter mixes these used in a pilot sinters unit to evaluate sinters production efficiency and other parameters.

For the mixes tested the sinter production efficiency warred in the range 61,84% to 78,16%.

Multiple regression analysis techniques were adapted to process the huge data base of 111 parameters analysed for each sample and correlations with sinter efficiency.

(23)

CAPÍTULO I

(24)

2

INTRODUÇÃO GERAL

Rendimento na Sinterização em Função da Mineralogia do SinterFeed

CAPÍTULO I

O rendimento na sinterização é uma preocupação de todas as siderúrgicas integradas, uma vez que ele é um item de controle da produtividade do processo de sinterizar. Tradicionalmente, as variáveis do processo de sinterização consideradas críticas na constituição e nas propriedades do sinter, estão relacionadas à preparação da mistura e à operação da máquina de sinterização.

Existem, no entanto, outras variáveis, além dessas duas, que podem influenciar o rendimento, portanto, a produtividade do processo. Uma delas é a qualidade das matérias-primas utilizadas, desde o combustível sólido, até os aditivos, passando pelo tipo de minério, este, objeto direto desta dissertação, através da caracterização mineralógica do produto granuloquímico obtido – o sinter feed – após o processamento dos materiais explotados da mina. A caracterização mineralógica e microestrutural foi feita através de microscopia ótica de polarização, com luz refletida.

O objetivo principal desta dissertação é a caracterização mineralógica do sinter feed a ser ensaiado na máquina-piloto de sinterizar. Subsidiariamente, é feita uma primeira

correlação entre os parâmetros mineralógicos e o rendimento do bolo de sinter (R1) obtido através dos ensaios-piloto.

A justificativa para a caracterização e a subseqüente tentativa de correlação com o rendimento na sinterização é verificar até que ponto os parâmetros mineralógicos e microestruturais do sinter feed seriam responsáveis pela variação das propriedades

mecânicas do sinter produto e, com isso, procurar estabelecer previsibilidades

comportamentais dos materiais na máquina de sinterizar.

Mesmo considerando que o objetivo principal desta é a caracterização do sinter feed e sua correlação com o rendimento na sinterização (R1), procurou-se abordar, de forma mais ampla, a caracterização mineralógica dos produtos granuloquímicos das minas de ferro – granulado (NPO), sinter feed e pellet feed – dispensando, a eles, capítulos especiais.

O primeiro deles fala sobre a classificação geosiderúrgica dos principais tipos de minérios de ferro brasileiros – sua gênese e seus produtos, (Capítulo II).

(25)

diversos tipos de minérios de ferro do Quadrilátero Ferrífero - Minas Gerais (QF-MG), e correlacionando-os aos desempenhos medidos através de inúmeros índices-padrão, utilizados pela siderurgia.

Os outros capítulos são:

• Metodologia de Caracterização Mineralógica e Microestrutural para Minério de

Ferro – Ênfase para Sinter Feed, Capítulo III;

• Caracterização Mineralógica, Microestrutural e Granulométrica de Amostras de

Sinter Feed de Mina da Serra da Moeda, Região Oeste do Quadrilátero Ferrífero-MG,

Capítulo IV;

• Influência dos Parâmetros Mineralógicos Sobre o Rendimento do Bolo de Sinter –

Considerações Geosiderúrgicas, Capítulo V.

Nesses capítulos, são abordados diversos procedimentos que antecedem à caracterização mineralógica propriamente dita, desde a preparação da amostra para análise ao microscópio, até metodologia para leitura e quantificação das fases mineralógicas, métodos de cálculo que facilitam o entendimento dos dados coletados, etc. Após a obtenção dos dados mineralógicos em peso, foram determinadas as análises químicas globais e por faixa – na verdade, uma estimativa da composição química – através de uma fórmula, desenvolvida para esta dissertação, que contempla a estequiometria dos principais óxidos ocorrentes no minério – sinter feed.

Finalmente, no Capítulo V, fez-se uma discussão ampla de alguns parâmetros mineralógicos, tanto do sinter feed (goethita) quanto dos insumos – calcário, combustível sólido, entre outros – e o que eles poderiam influenciar nos resultados finais das qualidades mecânica e metalúrgica do sinter obtido. Da análise da influência dos parâmetros mineralógicos sobre o rendimento do bolo de sinter, algumas conclusões importantes foram tiradas e puderam ser dadas algumas sugestões – não menos importantes – para trabalhos futuros.

A matéria-prima, sinter feed, apesar de participar da mistura a sinterizar, em geral, com o maior porcentual dentre todas é, talvez, das menos conhecidas em suas propriedades intrínsecas. As indústrias siderúrgicas integradas utilizam uma diversidade grande de tipos de

sinter feed. Essa variedade de tipos tem origem na grande quantidade de minas de ferro existentes em todo o mundo, cujos eventos geológicos formadores e enriquecedores dos minérios variam de mina para mina. Esses eventos são relativamente poucos e a atuação preponderante de um deles faz com que o produto obtido daquela mina tenha propriedades intrínsecas próprias, as quais podem ser correlacionáveis às de outros produtos de outras minas, que tiveram evento similar.

(26)

4

cristais e das partículas, textura, microestrutura, tamanho médio de cristal e porosidade. Esta foi a abordagem aplicada a este trabalho.

Essas propriedades são, na verdade, as fundamentais, as quais ditam as qualidades físicas e metalúrgicas dos materiais a aglomerar, neste caso, denominados de sinter feed. Desta forma, é pouco recomendável fazer designações genéticas ou de cor, para qualificar minérios. Sabe-se que minérios assim designados apresentam, com freqüência, comportamentos diferentes, tanto nos processos de concentração quanto nos reatores de redução e, muitas vezes, até comportamentos antagônicos – [COELHO et al. – 2000].

De uma forma geral, na atualidade, os principais itens de controle de qualidade dessa matéria-prima, sinter feed, são as análises granulométrica e química, permitindo-se pequenas variações acima do tamanho máximo (6,35 mm) e, também, abaixo do menor tamanho (0,106 mm); essa flexibilidade é pequena e varia para cada empresa.

Uma vez determinadas as variáveis mineralógicas, a verificação das suas influências sobre o rendimento na sinterização, implica em uma medida prévia dos índices que medem o próprio rendimento. Na literatura pesquisada, não foram encontrados índices de rendimento padronizados ou normatizados. No entanto, nos manuais de operação da sinterização industrial da Usiminas [BOTTREL - 2001], existem diversas equações para exprimir os vários tipos de índices de rendimento na sinterização, dos quais, somente três (03) deles são normalmente utilizados: o rendimento da mistura parcial (RMP), calculado em função da perda por calcinação (PPC); o rendimento do bolo de sinter (R1), calculado em função da

produção de sinter e da quantidade de sinter retorno; e o rendimento total (R2), calculado em

função do sinter produzido pela mistura total.

Antes de formular as equações, é preciso conhecer o que são Mistura Parcial e Mistura Total.

Mistura Parcial (MP) = ∑ dos materiais utilizados na sinterização.

Mistura Total (MT) = ∑ Mistura Parcial + Sinter Retorno + Combustível.

RMP = 98 – (% dos Materiais da Mistura Parcial x PPC dos Materiais) (1)

100

Rendimento do Bolo de Sinter (R1) = (Sinter Produzido) / (Sinter Produzido + Sinter

Retorno) x 100 (2)

Rendimento Total (R2) = (Sinter Produzido) / (Mistura Total) x 100 = (Sinter Produzido) /

(27)

Na equação do RMP, utiliza-se o número 98 porque, pela experiência da empresa, a perda de massa através da poeira é, historicamente, de cerca de 2%. Desta forma, o pó deixa de constituir uma variável, passando a uma constante K=2 e saindo da equação original,

RMP = 100 – (% PPC dos Materiais da Mistura Parcial – Perda por Poeira)

100

A análise matemática das três (03) equações induz aos seguintes raciocínios:

• O RMP – Rendimento de Mistura Parcial – é função direta da massa resultante após a perda por calcinação (PPC). Por conseguinte, quanto menor a PPC da MP – Mistura Parcial – maior será o RMP e, quanto maior a PPC da MP, menor será o RMP. Portanto, o RMP é inversamente proporcional à PPC. Desta forma, é correto dizer que, o que gera sinter é a mistura parcial.

• Ambos os rendimentos, R1 e R2, têm uma constante no numerador – sinter produzido. No denominador, existe só uma (01) variável para R1, o sinter retorno (SR). Para

o R2, em princípio, seriam duas (02), sinter retorno (SR) e combustível (C), uma vez que a

mistura parcial (MP) altera a quantidade de sinter produzido, independente das duas outras variáveis – SR e C; vide análise do RMP. Considerando, ainda, que a porcentagem de combustível é calculada para cada mistura, ele (C) é constante. Sobra, então, o sinter retorno (SR) como o item variável na equação, o qual é função da qualidade granuloquímica, mineralógica e microestrutural das matérias-primas, e do modus operandi do processo de sinterizar.

Concluindo o raciocínio, é próprio dizer que só existe uma variável comum nas duas equações de rendimento, tanto no R1 quanto no R2, a qual é o sinter retorno (SR), e está no

denominador. Portanto, é correto dizer, também, que matematicamente, o Rendimento do Bolo de Sinter (R1) e o Rendimento Total (R2) são, cada um, inversamente proporcionais à

porcentagem do sinter retorno (SR), isto é, quanto maior a quantidade de sinter retorno (SR), menores serão os rendimentos R1 e R2 e, quanto menores as quantidades de sinter retorno

(SR), maiores serão os rendimentos R1 e R2. Isto eqüivale dizer que, o que gera rendimento

é a porcentagem de sinter retorno (SR).

(28)

6

do sinter produzido, é denominado sinter retorno (SR), e volta para ser misturado às outras matérias-primas, sendo sinterizado novamente.

Uma vez esclarecido que a porcentagem de sinter retorno (SR) é a geradora de rendimento, torna-se necessário, então, trabalhar com matérias-primas que gerem pouco retorno, assim como também, operar a máquina de sinterizar, de modo a não promover um retorno em demasia.

Mas é preciso conhecer, sobretudo, as principais causas geradoras desses finos de retorno (<5,0 mm), de modo a evitá-las ou minimizá-las.

Nesta dissertação, foram feitas caracterizações mineralógicas de alíquotas de amostras de sinter feed, adotando-se a abordagem geometalúrgica, as quais tiveram seus rendimentos na sinterização posteriormente medidos em escala piloto. Através de ferramentas estatísticas, utilizando-se o método de regressão linear múltipla, chegou-se a uma equação de correlação, para um universo de 25 amostras, que permite prever o

comportamento do sinter feed, quanto ao rendimento na sinterização, com base na

mineralogia determinada pela metodologia aqui proposta.

I.1 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

VIEIRA, C.B. Avaliação da qualidade intrínseca de minérios de ferro para uso em altos-fornos. 1996. Tese de Doutorado. CPGEM-EEUFMG, Abril – 1996, 248 p.

COELHO, L.H.; KANEKO, K.M.;LIBANEO, C.A.F.; ALVES, S. de A.; VIEIRA, C.B.; ARAUJO, F.G. da S. Classificação geosiderúrgica dos principais tipos de minérios de ferro brasileiros – sua gênese e seus produtos. In: XXXI Seminário de Redução de Minérios de Ferro da ABM, Santos, SP, 28/Nov a 01/Dez /2000, vol.1, p. 215-229.

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CAPÍTULO II

CLASSIFICAÇÃO GEOSIDERÚRGICA

DOS PRINCIPAIS TIPOS DE MINÉRIOS DE

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CLASSIFICAÇÃO GEOSIDERÚRGICA

CLASSIFICAÇÃO GEOSIDERÚRGICA DOS PRINCIPAIS TIPOS DE MINÉRIOS DE FERRO BRASILEIROS – SUA GÊNESE E SEUS PRODUTOS

RESUMO

A estabilidade nos processos produtivos (concentração e siderúrgicos) não depende somente de procedimentos operacionais e das instalações industriais. É também função da qualidade dos insumos e das matérias-primas utilizados. É importante classificar os diferentes tipos de matérias primas disponíveis para uso na siderurgia em função de parâmetros intrínsecos de qualidade, sejam eles químicos, granulométricos, mineralógicos, microestruturais, genéticos, etc.

É proposta nesta dissertação uma classificação tipológica, baseada em critérios mineralógicos e considerada a mais adequada para aplicação nas indústrias do setor mínero-metalúrgico, para minérios de ferro brasileiros e seus produtos, sejam eles granulados, sinter feed e pellet feed. Apresenta-se também uma relação dessa classificação com outra, baseada em critérios genéticos.

Classificaram-se os tipos de minérios em hematíticos e hidratados. Hematíticos martíticos caracterizam-se pela predominância da martita e são metamórficos hidrotermais. Hematíticos especularíticos apresentam a especularita e são tectônicos-metamórficos. Hematíticos microcristalinos apresentam a hematita microcristalina, não tendo sido afetados por processos metamórficos. Os hidratados são itabiritos (metamórficos) e jaspilitos (não metamórficos). Os metamórficos dividem-se em itabiritos magnetíticos onde há predominância da magnetita; em itabiritos martíticos com predomínio da martita; em itabirito goethítico, com a goethita; em itabirito especularítico, com a especularita predominante; em itabirito anfibolítico por apresentar pseudomorfos de anfibólios.

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II.1 - INTRODUÇÃO

Os minérios de ferro e seus produtos são classificados sob vários pontos de vista, muitas vezes de acordo com o interesse comercial, do fornecedor ou do cliente, dependendo do mercado. Por outro lado, são vistos apenas tecnicamente, e a atenção se localiza de modo muito restrito, só na unidade geradora do produto, sem considerar toda uma seqüência que envolve essa matéria-prima, desde a fase do ROM - Run of Mine - até a aciaria. Essas questões, entre outras, tendem a gerar desinformações em mão dupla, o que resulta em prejuízos, tanto para quem fornece quanto para quem utiliza. A informação bem dada gera conhecimento, e este, bem aplicado, conduz a uma maior produtividade.

Por estas razões, é apresentada uma discussão sintetizada do que vem a ser o minério de ferro brasileiro, sua gênese e seus produtos, sob vários pontos de vista, porém, sempre da geologia até a metalurgia.

O estreitamento das relações entre geologia, lavra, processamento mineral e metalurgia (siderurgia), conduz à compreensão integrada destas áreas. Tal compreensão pode ser entendida como geometalurgia (geosiderurgia).

A classificação dos minérios de ferro nos tipos metamórfico-metassomático, para designar minérios compactos e azuis e supergênico para hidratados de coloração marrom a avermelhada, apresentam definições e conceitos vagos e errôneos. Diante destes erros conceituais sugere-se não utilizar o termo genético metassomático.

Diversos autores têm utilizado o termo metassomatismo para o processo de enriquecimento (gênese) do minério de ferro compacto do Quadrilátero Ferrífero-MG (QF-MG)(Fig. 2.1), como um fenômeno de transporte e substituição total de massa e não, como um fenômeno de enriquecimento parcial através de soluções hidrotermais, equiparando este evento hidrotermal, também com o tectônico, o gerador de hematita especular em corpos e lentes, compactos ou não.

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FIGURA 2.1 – Planta de situação das principais minas de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero - Minas Gerais (Adaptado de Veríssimo – 1999)

ÁGUA LIMPA (EX-SAMITRI) (CVRD)

(CVRD)

(EX-FERTECO) (CVRD) (EX-FERTECO) (CVRD)

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II.2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Formação Ferrífera é um termo definido por James [JAMES – 1954], para designar toda rocha de origem sedimentar química, finamente bandada ou laminada, com teor de 15% ou mais de ferro, também, de origem sedimentar, podendo conter, ainda, camadas de chert. Mais tarde, Gross [GROSS – 1965] expandiu essa denominação a todas as unidades estratigráficas acamadadas, bandadas ou laminadas, com teor de ferro superior a 15%, nas quais os minerais de ferro estavam, via de regra, intercalados com chert, quartzo ou carbonato. Esse termo migrou para Formação Ferrífera Bandada (FFB), ou BIF (Banded Iron – Formation), também utilizado em português, a qual é definida como uma rocha finamente bandada ou laminada, na qual o chert, ou o seu eqüivalente metamórfico – o quartzo – ocorre intercalado a camadas de minerais de ferro, estes, podendo ser óxidos – hematita, magnetita – ou carbonatos e silicatos.

Door e Barbosa [DORR & BARBOSA – 1963], após exaustivos trabalhos na região do Estado de Minas Gerais, denominada Quadrilátero Ferrífero (QF) e, muito especialmente na porção nordeste deste, em Itabira, definiram uma formação ferrífera bandada, de fácies óxido, metamorfisada, como Itabirito, na qual as bandas originalmente de chert ou jaspe, foram recristalizadas em quartzo granular e os minerais de ferro presentes são hematita ou magnetita. Esta definição é mais restrita do que a de [GROSS – 1965], (op. cit.), porém anterior, o que deve ter servido de orientação para este, ampliar a definição de Formação Ferrífera Bandada (FFB). O mais importante é que, apesar do termo Itabirito ter tido, originalmente, uma definição regionalizada, atualmente é consagrado internacionalmente, como uma formação ferrífera bandada metamorfisada.

Então, os termos comumente utilizados para denominar formações ferríferas, principalmente na região oeste da Austrália – jaspilito ou jaspe – caíram em desuso. Atualmente, essas formações ferríferas bandadas (FFB’s) não metamorfisadas, têm citação de conotação importante, somente nos Distritos Ferríferos de Carajás–Pará e de Corumbá (Urucum)–Mato Grosso do Sul, ambos no Brasil. Este último tem prolongamento para o país vizinho, a Bolívia, onde a denominação dada é Distrito Ferrífero de El Mutum. Portanto, além desses dois distritos ferríferos brasileiros, os quais não sofreram metamorfismo, existe, ainda, um outro, desta feita, metamórfico, localizado no centro do estado de Minas Gerais, denominado de Quadrilátero Ferrífero. Dentre os três, este último é o mais estudado, em todos os aspectos, provavelmente devido a diversidade de eventos geológicos a que foi submetido e, também, porque foi descoberto e minerado bem antes dos outros dois.

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II.2.1 Singenético

Áreas restritas com formas irregulares teriam sido locais de concentração de precipitação de ferro por longos períodos, ao mesmo tempo em que as formações ferríferas bandadas (FFB’s) eram depositadas nas redondezas. Os eventos geológicos subseqüentes – diagenéticos, metamórficos, tectônicos e supergênicos – poderiam atuar ou não.

Já no início do século XX, Harder e Chamberlin [HARDER & CHAMBERLIN – 1915] lançaram uma hipótese, sugerindo que os minérios hematíticos de alto grau (altos teores de Fe) do Quadrilátero Ferrífero foram um sedimento primário, depositado em ambiente deltáico. Outros autores concordam com eles, no que diz respeito à origem singenética, [ROSIÈRE – 1981], [HOEFS et al. – 1982] e [SCHORSCHER et al. – 1982].

Este autor também concorda, que os minérios de ferro do Quadrilátero Ferrífero - Minas Gerais sejam singenéticos, isto é, contemporâneos, porém, não necessariamente em ambiente deltáico. Os minérios mais ricos, praticamente isentos de quartzo, tipo grandes corpos ou lentes espessas, atualmente de hematita, teriam sido depositadas em depressões da bacia continental, sob a forma mineralógica de magnetita, porque o ambiente físico-químico localizado deveria ter sido mais redutor; nestas condições, o ferro ferroso (Fe2+) seria a forma mais estável. Varajão e colaboradores [VARAJÃO et al. – 1997] também concordam com a hipótese de que os corpos de hematita compacta teriam sido originalmente de magnetita, atualmente oxidados a hematita martítica.

II.2.2 Hipogenético

Esse modelo tem como fundamento básico, o aquecimento de águas subterrâneas por gases quentes oriundos de intrusões ígneas, resultando na dissolução da sílica (SiO2) e na

oxidação dos minerais de ferro, proporcionando, assim, um enriquecimento em ferro. Também, tal enriquecimento, segundo esse modelo, poderia acontecer pela introdução de ferro nos espaços deixados pela sílica (SiO2=quartzo) lixiviada. Esse ferro teria sido

remobilizado por fluidos hidrotermais; esse conceito advoga o transporte de massa de ferro, dando a conotação metassomática equivocada ao processo. Parece haver um contra-senso físico-químico nessa hipótese – lixiviação da SiO2 e transporte de ferro simultaneamente –

uma vez que o primeiro evento ocorre em condições de pH/Eh, onde a hematita – Fe3+2O3 – é

estável e a magnetita – Fe2+O.Fe3+2O3 – é, praticamente, só oxidada, passando a Fe3+2O3 e

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Essa hipótese hipogênica (metassomática) foi argumentada primeiro por Sanders [SANDERS – 1933], quando estudou formações ferríferas da região de Itabira-MG. Segundo ele, os minérios de ferro de alto grau (teores altos de ferro) do Quadrilátero Ferrífero seriam oriundos da formação ferrífera, por substituição da sílica (SiO2) pelo ferro (Fe2O3), em alusão

clara ao processo metassomático.

Quase vinte (20) anos depois, Dorr e colaboradores [DORR et al. – 1952] também advogaram a mesma teoria, sugerindo que os minérios hematíticos de alto grau seriam oriundos da própria formação ferrífera, a partir da substituição metassomática das bandas de quartzo, pela hematita, esta, transportada por fluidos. Dorr e Barbosa [DORR & BARBOSA – 1963] (op. cit.) sugerem que os corpos de minério hematítico de alto grau (altos teores de Fe) se originaram pela substituição metassomática de itabiritos silicosos, subordinadamente, de itabiritos dolomíticos, pela hematita da própria formação ferrífera, transportada por fluidos termais de origem hipogênica, possivelmente oriundos de rochas granitóides intrusivas. Eles afirmam, ainda, que o processo de substituição ocorreu durante o metamorfismo, sob pressões e temperaturas elevadas. Sugerem, também, que o processo gerador do minério teria como parâmetro principal, a mudança de solubilidade do quartzo com o aumento da temperatura. Afirmam que somente nos minérios maciços mais duros e densos, teria havido uma substituição total do quartzo pela hematita, enquanto nos minérios mais porosos, essa substituição teria sido incompleta, deixando claro, no entanto, que o quartzo teria sido remobilizado por lixiviação.

Na verdade, esses autores criaram hipóteses baseadas nas observações de campo e, algumas vezes, em estudos petrológicos de rochas encaixantes (metamórficas) influenciados, provavelmente, pela petrologia das rochas ígneas (magmáticas), disciplinas de grande domínio na época, pelo professor Dr. Aluísio Licínio de Miranda Barbosa, parceiro de trabalho de Dorr, cujos conhecimentos de pós-graduação tiveram origem na Escola Européia, onde o magmatismo era a disciplina paradigmática forte. Os trabalhos de campo eram complementados no laboratório, por poucos especialistas que tinham o domínio do conhecimento petrográfico e petrológico, por meio de lâminas delgadas ao microscópio de polarização, através do estudo em luz transmitida. Microscópios providos de luz refletida ortogonal eram ainda quase uma novidade.

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14

O evento tectônico promoveu diversas zonas de cisalhamento, de magnitudes variáveis, às vezes com rupturas, ocasionando até falhamentos nos estratos rochosos, que podem chegar a quilômetros de extensão. Esse evento foi responsável por grandes discordâncias, cujo efeito principal foi a transformação mecânica dos minerais de ferro, para uma nova morfologia dos mesmos – hematita especular ou tabular – originária tanto de hematita primária (se existiu) quanto de magnetita (com certeza).

Essa energia mecânica (trabalho) foi transformada parcialmente, em energia térmica, proporcionando o aquecimento de águas subterrâneas, e promovendo o hidrotermalismo, cujas correntes de convecção teriam lixiviado o quartzo (SiO2), exportando-o da FFB, sem alterar a hematita (Fe2O3), a qual seria a fase mineral de ferro estável naquelas condições.

Segundo Herz [HERZ – 1978], o Quadrilátero Ferrífero - Minas Gerais pode ser dividido metamorficamente, em duas partes. Uma delas, a oeste, onde as temperaturas máximas seriam correspondentes à fácies xisto verde, enquanto a outra, a leste, essas temperaturas maiores corresponderiam à fácies anfibolito, gradando para a granulito, de temperatura mais alta ainda. Hoefs e colaboradores [HOEFS et al. – 1982] (op. cit.) encontraram valores crescentes de temperatura de oeste para leste do QF, determinados pelos isótopos de oxigênio, o que confirma a divisão feita por Herz [HERZ – 1978], (op. cit.).

Os estudos elaborados por outros pesquisadores [HARDER & CHAMBERLIN – 1915] (op. cit.), [ROSIÈRE – 1981], [HOEFS et al. – 1982], [SCHORSCHER et al. – 1982], [VARAJÃO et al. – 1997], (op. cit.) e [COELHO et al. – 2000] sugerem que os adeptos do metassomatismo teriam confundido hidrotermalismo de corrente de convecção, originário de tectonismo, com hidrotermalismo relacionado a intrusões ígneas (magmáticas), do tipo granitóide; normalmente, a fase hidrotermal de rochas intrusivas, tanto ácidas quanto básicas, é um evento final e quase sempre saturada em SiO2. Portanto, esse hidrotermalismo

ígneo não teria a capacidade de lixiviar a sílica (SiO2) da formação ferrífera, pelo contrário,

levaria mais sílica e a precipitaria sob a forma de quartzo de baixa temperatura, empobrecendo mais ainda o minério.

Os autores adeptos do metassomatismo – transporte de massa de ferro e hidrotermalismo ígneo – ignoram a possibilidade de origem singenética dos minérios – corpos de hematita de alto grau e itabiritos – advogada por Harder e Chamberlin [HARDER & CHAMBERLIN – 1915] (op. cit.) e atualmente demonstrada por diversos autores, [ROSIÈRE – 1981], [HOEFS et al. – 1982], [SCHORSCHER et al. – 1982], [VARAJÃO et al. – 1997], (op. cit.) e [COELHO et al. – 2000].

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Esses argumentos são a maior prova de que esse pesquisador, e os defensores do metassomatismo, não conseguiram diferenciar os dois tipos de hidrotermalismo, provavelmente, devido ao paradigma ortodoxo da Escola Magmatista Européia.

Dissecando as dúvidas argumentadas por esse autor, é preciso entender que minérios especularíticos são gerados só por tectonismo – como já relatado – e que esse evento geológico já promove aberturas preferenciais no pacote da formação ferrífera, como fraturas, falhas, microfalhas, etc., que são os condutos naturais por onde os fluidos devem circular, tanto pelo alívio da pressão litostática quanto pelo princípio das correntes de convecção.

Na seqüência, ele observa que não há evidências de alteração das rochas encaixantes sotopostas aos corpos de minério hematítico. E nem deveria haver tais alterações, pois a fase hidrotermal agiu pelo princípio das correntes de convecção, a partir da atividade tectônica, neste caso, epigenética, e não hipogenética, que seria de origem magmática (ígnea); mais uma vez, o autor [MORRIS – 1985] (op. cit.) parece traído pelo pensamento magmatista ortodoxo.

Considerando que a formação ferrífera bandada – itabiritos silicosos – e os corpos de minério hematítico apresentam uma assembléia mineralógica monótona, composta por hematita e quartzo, às vezes com relictos de magnetita, não é de se esperar a presença de minerais hidrotermais, a não ser o próprio quartzo, quando os fluidos termais são endógenos à própria formação ferrífera. Para uma situação exógena, configurada por hidrotermalismo ígneo, haveria tal possibilidade. Mais uma vez, o autor [MORRIS – 1985] (op. cit.) suscitou dúvidas, provavelmente devido um raciocínio puramente magmatista.

Finalmente, Morris [MORRIS –1985] (op. cit.) não encontra explicação para a presença de goethita – denominada por ele de fase mineral hidratada de baixa temperatura – em muitos depósitos de minério de ferro. Aqui, parece haver mais um equívoco genético desse autor, uma vez que a goethita (FeOOH) é uma fase mineral oriunda exclusivamente da alteração supergênica (meteórica) e não, de hidrotermalismo. No caso da formação ferrífera, fácies óxido subfácies magnetita [JAMES – 1954] (op. cit.), o mineral (óxido) que teria ferro ferroso (Fe2+) na composição química seria a magnetita (Fe2+O.Fe3+2O3). Por conseguinte, a

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Acredita-se que a falta de explicação ao autor, para a presença de goethita em muitos depósitos de hematita, pode estar relacionada com o conceito equivocado de hidrotermalismo ígneo como gerador de goethita, negligenciando ou desconsiderando a verdadeira origem da mesma, que é supergênica.

De um modo geral, acredita-se que as inúmeras dificuldades relatadas por Morris [MORRIS – 1985] (op. cit.) tenham sido fundamentadas no modelo defendido por Dorr e Barbosa [DORR & BARBOSA – 1963] (op. cit.), quando esses advogam a origem metassomática (hipogênica) para os minérios hematíticos de alto grau (ricos) e, na seqüência dos relatos, eles misturam metassomatismo com lixiviação supergênica, quando tratam de minérios mais porosos. Eles [DORR & BARBOSA – 1963] (op. cit.) dizem que nestes, a substituição teria sido incompleta e que o quartzo teria sido removido por lixiviação.

O terceiro e último modelo que tenta explicar a origem dos minérios de ferro é:

II.2.3 Supergênico

Este processo ocorre na superfície da crosta terrestre, a profundidades até superiores a 500 metros e está em curso. Ele é conhecido, ainda, como intemperismo ou meteorismo.

O princípio básico reside na retirada (lixiviação) parcial ou total da ganga (silicatos e carbonatos), acompanhada por oxidação e hidratação de minerais de ferro que sejam susceptíveis, resultando num material residual mais enriquecido ou concentrado relativamente.

Interessantes são as observações de Dorr [DORR – 1964]. Ele afirma que os minérios de ferro de baixo grau (teores mais baixos) do Quadrilátero Ferrífero seriam supergênicos, formados a partir de intemperismo do itabirito. Na seqüência, diz que a desagregação dos itabiritos duros e friáveis resultando um material com enriquecimento residual em ferro, é devida à percolação de soluções constituídas, principalmente, por quartzo e, secundariamente, por outros constituintes solúveis, as quais promovem uma hidratação subordinada da hematita. O autor afirma, ainda, que, com o desenvolvimento do processo de intemperismo, a maior parte do quartzo foi retirada (lixiviada) e houve maior “hidratação da hematita”.

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última assertiva é, na verdade, a descrição sucinta de um material aglomerado, termo conhecido na literatura como canga de minério, e já bastante difundido.

Acredita-se que os pesquisadores adeptos do metassomatismo, simplesmente, não dispunham de equipamentos adequados – microscópios petrográficos de polarização, de luz refletida – para complementar seus trabalhos de campo, o que os levou e a várias gerações de geólogos, a acreditar nessa similaridade, a ponto de torná-la um forte paradigma.

Para estudos de minerais transparentes, já existia microscópio petrográfico de polarização para luz transmitida, desde 1834.

A comprovação dessa hipótese é encontrada em [UYTENBOGAARDT – 1951], pág. 7, onde este autor, durante a elaboração de tabelas-padrão para identificação de minerais-minérios opacos ao microscópio, cita diversos autores cujos trabalhos principais datam de 1931 a 1947. Portanto, acredita-se que o microscópio de polarização para luz refletida, tenha sido desenvolvido, ou substancialmente melhorado, durante este período.

Por conseguinte, pretende-se, também, nesta dissertação, além de fornecer uma visão mais atualizada dos produtos e questões geosiderúrgicos, complementar, pelo menos em parte, o trabalho daqueles cientistas da geologia do minério de ferro.

II.3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

As denominações e classificações dadas aos minérios de ferro seguem critérios como: morfologia dos corpos, eventos geológicos envolvidos, mineralogia e microestrutura (textura). Diversos desses critérios são também utilizados por Hasui e colaboradores [HASUI et al. – 1994a e 1994b] e outros pesquisadores.

Serão apresentadas, a seguir, classificações do ponto de vista da geologia e do beneficiamento, levando em consideração tipos litológicos e mineralógicos, bem como, da metalurgia (siderurgia) considerando tipos de produtos granuloquímicos e mineralógicos e, ainda, de uma visão global e mais ampla, a geosiderúrgica.

II.3.1 Visão da geologia e do beneficiamento – (Tipos litológicos/Mineralógicos)

Corpos ou lentes de hematita - Metamórficos, geralmente não hidratados, são divididos em dois tipos, de acordo com a mineralogia presente:

• Martítica – De origem hidrotermal, caracterizam-se por apresentarem a martita

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vezes parcialmente hidratada. Os principais produtos gerados por estes corpos são granulados e sinter feed, tendo o pellet feed como secundário. As minas da Mutuca, Córrego do Feijão e Pau Branco são exemplos típicos.

• Especularítica – Tem origem tectônica, predominância da especularita, podem

ser compactos, friáveis ou pulverulentos e não são hidratados. Estes corpos geram granulados, sinter feed e pellet feed, dependendo do grau de friabilidade. Exemplo: Cauê, Conceição, Andrade, etc.

Itabiritos – São metamórficos, variando de hidratados a não hidratados.

• Itabiritos hidratados – Classificam-se de acordo com o mineral predominante.

São metamórficos e supergênicos (hidratados). Seus principais produtos são sinter feed e pellet feed, o granulado é secundário. Exemplos: Alegria, Capanema, etc.

Martíticos – Apresentam a hematita martítica como mineral-minério

predominante, podendo ter quantidades subordinadas de goethita; a hematita especularítica pode aparecer em pequenos porcentuais, e ainda, relictos de magnetita.

Goethíticos – Caracterizam-se por apresentarem a goethita em maior

porcentual; contém, ainda, quantidades subordinadas de hematita martítica, podendo conter ou não, restos de magnetita e hematita especularítica.

Magnetíticos – Têm a predominância da magnetita, podendo conter hematita martítica e goethita. A hematita especularítica pode estar presente ou não. Estes tipos são pouco expressivos nos jazimentos.

• Itabiritos hematíticos não hidratados – São tectono-metamórficos. Seus

principais produtos são sinter feed e pellet feed; granulado é raro. Exemplos: Cauê, Andrade, Germano (exaurida), etc.

Especularíticos – Caracterizam-se por apresentarem a hematita especularítica.

Jaspilitos – Não metamórficos, supergênicos (hidratados e não hidratados).

• Hematíticos microcristalinos - Hidratados – Apresentam a hematita

microcristalina como mineral-minério predominante, podem conter quantidades subordinadas de hematita martítica e pequenos porcentuais de goethita e restos de magnetita. Este tipo de minério gera sinter feed e pellet feed, e o granulado é secundário. Exemplo: Carajás (N4E)-PA.

• Hematíticos microcristalinos – Não hidratados – Caracterizam-se por

(41)

II.3.2 Visão da geologia, do beneficiamento e da metalurgia (siderurgia) – (Tipos de produtos granuloquímicos e mineralógicos)

Granulados / Sinter Feed / Pellet Feed

• Hematíticos martíticos – São metamórficos hidrotermais, ocorrendo na forma de

grandes corpos e lentes de hematita – Quadrilátero Ferrífero-MG.

• Hematíticos especularíticos – São metamórficos tectônicos, corpos e lentes de

hematita – Quadrilátero Ferrífero-MG.

• Hematíticos microcristalinos – Não metamórficos; sofreram enriquecimento

supergênico de jaspilitos – Distrito Ferrífero de Corumbá-MS.

• Hidratados – não metamórficos – enriquecimento supergênico de jaspilitos –

Apresentam hematita microcristalina, hematita martítica subordinada; quantidades pequenas de goethita e de magnetita podem estar presentes – Distrito Ferrífero de Carajás (N4E)-PA.

• Hidratados – metamórficos – enriquecimento supergênico de itabiritos –

Apresentam hematita martítica, goethita subordinada e, secundariamente, hematita especularítica e restos de magnetita. Geralmente são denominados de “chapinha” – Quadrilátero Ferrífero-MG.

Os granulados são destinados aos reatores de redução direta ou aos altos-fornos, se os teores de ganga são baixos ou altos, respectivamente.

O sinter feed é destinado aos processos de aglomeração a quente (sinterizações), para compor a carga de reatores tipo altos-fornos ou, quando não aglomerado, para alimentar alguns processos emergentes de obtenção de ferro primário. Para estes últimos, o sinter feed deve ter menores teores de ganga.

O pellet feed é destinado, basicamente, aos processos de aglomeração a quente (pelotizações), para fazer parte da carga de reatores de redução direta e de altos-fornos, dependendo dos teores de ganga, se menores ou maiores, respectivamente. São destinados, ainda, para processos emergentes de obtenção de ferro primário, os quais utilizam pelotas verdes ou cruas, do tipo auto-redutoras.

II.3.3 Visão geosiderúrgica – mais ampla.

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• granulado (6,35 mm a 50 mm)

• sinterfeed (0,150 mm (100 mesh) a 6,35 mm)

• pelletfeed ( < 0,150 mm (100 mesh))

Se for analisado cada produto em separado e mantidas constantes a granulometria e a química, podem ser feitas diversas considerações com relação ao desempenho dos mesmos, nas etapas subseqüentes de aglomeração e de redução.

O desempenho dos produtos, tanto nos processos de aglomeração, a frio e a quente - sinterizações e pelotizações - quanto nos reatores de redução, será uma função direta da combinação de suas propriedades intrínsecas, quais sejam:

• morfologia das partículas - ovóides, placóides, etc.

• mineralogia - predominância ou não, de uma determinada fase mineral.

• microestrutura (textura) - arranjo, morfologia, tamanho médio (moda) e distribuição dos cristais (grãos) e dos poros nas partículas.

• dispersão granulométrica - concentração ou não, de partículas em menor número de peneiras consecutivas.

Portanto, os produtos obtidos dos depósitos ferríferos - granulado, sinter feed e pellet feed - devem ser encarados, hoje, de maneira diferente daquela de um passado até bem recente.

Atualmente, além da granulometria e da química, a mineralogia e a microestrutura devem fazer parte do “menu” de tecnologia, pois o seu conhecimento pode se traduzir em ganhos de produtividade em qualquer dos processos mencionados acima, seja de concentração ou siderúrgico.

Esses ganhos de produtividade ocorrem tanto pela diminuição ou eliminação de desperdícios quanto pelo aumento de produção.

O aumento de produção se verifica tanto nas sinterizações e pelotizações quanto nos diversos tipos de reatores, quando são utilizados minérios (produtos) ou misturas de melhores qualidades metalúrgicas (siderúrgicas).

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tamboramento (TI), índice de abrasão (AI), grau de metalização, crepitação, etc., são previsíveis quando os minérios (produtos) são estudados, também, sob o ponto de vista da mineralogia e da microestrutura (textura).

Já é conhecido da comunidade siderúrgica o fato de que, minérios (produtos) apresentando mesma distribuição granulométrica e análises químicas semelhantes têm, muitas vezes, comportamentos metalúrgicos distintos. Por esta razão, acredita-se, torna-se necessário fazer uma série de ensaios metalúrgicos para avaliar o comportamento de cada minério (produto) recebido. Esse procedimento sinaliza, para o técnico da siderurgia a necessidade ou não de fazer misturas com outros tipos de minérios (produtos), de modo a garantir a estabilidade da rotina nos processos. Esses ensaios têm de ser feitos sempre em grande número e seu custo é alto. Sem o resultado desses ensaios, as áreas de produção não se sentem seguras com relação à estabilidade da rotina nos processos produtivos.

Os vários minerais e suas morfologias respondem diferentemente aos processos de classificação e concentração, sejam por peneiramento, flotação, separação gravítica e magnética, gravitacional, etc. Essas mesmas diferenças impactam singularmente nos processos de moagem. Portanto, os dados obtidos da mineralogia, minerais-minérios e ganga, além da microestrutura (textura), tanto do minério quanto do produto gerado, são subsídios muito importantes para os processos de obtenção de concentrados e demais processos siderúrgicos subseqüentes.

II.3.4 Características

As principais características dos minérios de ferro brasileiros e de seus produtos são:

• Hematíticos martíticos - Quadrilátero Ferrífero-MG - cor cinza azulada

- brilho submetálico a metálico (fosco) - fratura subconchoidal a conchoidal

- densidade picnométrica >5 (granulados e concentrados) - hematita martítica predominante

- morfologia granular para cristais (grãos) e ovóides para partículas - % menor de: PPC, P, Al2O3

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• Hematíticos especularíticos - Quadrilátero Ferrífero-MG - cor cinza azulada

- brilho metálico intenso

- densidade picnométrica >5,0 (granulados e concentrados) - hematita especularítica predominante

- morfologia tabular (lamelar) para cristais (grãos) e partículas - % menor de: PPC, P, Al2O3

- % pequena de poros

• Hematíticos microcristalinos – Carajás (N4E)-PA, Corumbá-MS - cor marrom ou vermelha

- densidade picnométrica + 5,0 (granulados e concentrados) - hematita microcristalina (primária) predominante

- hematita martítica (pode não conter) - goethita (pode não conter)

- % maior de: PPC, P, Al2O3 (pode haver exceção)

- % grande de poros

• Hidratados - Quadrilátero Ferrífero-MG - cor marrom ou vermelha

- densidade picnométrica <5,0 (granulados e concentrados) - hematita martítica predominante

- goethita subordinada

- hematita especularítica subordinada - relictos de magnetita

- % maior de: PPC, P, Al2O3