Estudo da adição do resíduo proveniente da extração de minério de ferro em argilas do Rio Grande do Norte

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA PROGRAMA DE PÓS-GRADUACAO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS. TESE DE DOUTORADO. Estudo da Adição do Resíduo Proveniente da Extração de Minério de Ferro em Argilas do Rio Grande do Norte. LEONARDO FLAMARION MARQUES CHAVES. Orientador: Prof. Dr. Uilame Umbelino Gomes Co-orientador: Prof. Dr. Wilson Acchar. Tese nº 78/PPGCEM. Natal 2009.

(2) LEONARDO FLAMARION MARQUES CHAVES. ESTUDO DA ADIÇÃO DO RESÍDUO PROVENIENTE DA EXTRAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO EM ARGILAS DO RIO GRANDE DO NORTE.. Tese. apresentada. ao Programa de. Pós-. Graduação, do Centro de Ciências Exatas e. da Terra, da Universidade Federal do. Rio Grande. do Norte, como. parte. dos. requisitos necessários para a obtenção do titulo. de. Doutor. em. Ciência e. Engenharia de Materiais.. Área de concentração:. Processamento de. materiais a partir do pó.. Orientador: Prof. Dr. Uilame Umbelino Gomes Co-orientador: Prof. Dr. Wilson Acchar. Natal 2009.

(3) Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede. Chaves, Leonardo Flamarion Marques. Estudo da adição do resíduo proveniente da extração de minério de ferro em argilas do Rio Grande do Norte / Leonardo Flamarion Marques Chaves. – Natal, RN, 2009. 167 f. Orientador: Uilame Umbelino Gomes. Co-orientador: Wilson Acchar. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. 1. Argila – Tese. 2. Resíduo de minério de ferro – Tese. 3. Cerâmica vermelha – Tese. 4. Propriedades tecnológicas – Tese. I. Gomes, Uilame Umbelino. II. Acchar, Wilson. III. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. IV. Título. RN/UF/BCZM. CDU 666.32(043.3).

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(5) À minha neta Yasmin, pela alegria, amor e paz que trouxe para minha querida família..

(6) AGRADECIMENTOS. Ao Prof. Uilame Umbelino, meu orientador acadêmico, que com o seu brilhantismo e notável conhecimento, norteou todo o desenvolvimento do presente trabalho.. Ao Prof. Wilson Acchar, meu co-orientador acadêmico, pela valiosa colaboração e apoio prestados durante o desenvolvimento deste trabalho.. Ao Prof. Marcos Lacerda, Chefe do Departamento de Engenharia Civil, pela amizade, incentivo e valiosa contribuição, que ajudou a transformar um sonho em realidade.. Ao Prof. Paskocimas, pelos constantes ensinamentos, que muito contribuíram para vencer as diversas etapas desta jornada.. A doutora Jaquelígia, pelo empenho e incentivo dispensados durante as diversas fases de realização deste trabalho.. Ao Prof. Ricardo Suassuna pela ajuda espontânea e sincera demonstrada durante o desenvolvimento do doutorado.. A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFRN, pela dedicação e competência com que transmitiram seus preciosos conhecimentos.. Aos estimados amigos, Olavo, Paulo Alysson, Moacir, Vitória, Edgar, César e Yuri, pela valiosa colaboração, apoio e estímulo, tantas vezes demonstrados com a maior simplicidade..

(7) A todos os amigos e funcionários do Departamento de Engenharia Civil do Centro de Tecnologia da UFRN, pelo constante incentivo para concretização deste trabalho.. À aluna e bolsista do Departamento de Engenharia Civil Anna Luiza, pela dedicação e competência dispensadas durante a fase experimental do presente trabalho.. Aos amigos dos laboratórios institucionais e não-institucionais, Daniel, Graziele, Darlan, Maxymme, Priscylla, João José, Flávio, José Carlos, Micheline, Brena, Márcio, Pedro, Eduardo, Artejose, Cláwsio, Érico, Andréa e Angélica, que com tanta competência propiciaram dados fundamentais para a realização deste trabalho.. Aos amigos, que conheci e convivi durante o período de realização das disciplinas necessárias para obtenção dos créditos exigidos para conclusão do doutorado.. À minha Família, estímulo maior para justificar o ânimo para vencer as diversas e difíceis etapas vislumbradas durante a realização do doutorado.. A Deus por ter me propiciado uma vida cercada de tantas pessoas repletas de bondade..

(8) SUMÁRIO RESUMO.................................................................................................................... 9. ABSTRACT................................................................................................................. 10. ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................................. 11. ÍNDICE DE TABELAS................................................................................................ 17. LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS...................................................................... 19. Capítulo 1................................................................................................................... 20. Introdução e Objetivos........................................................................................... 20. Capítulo 2................................................................................................................... 24. Revisão Bibliográfica.............................................................................................. 24. 2.1 Argilas........................................................................................................... 24. 2.1.1 Aspectos históricos................................................................................ 24. 2.1.2 Definições.............................................................................................. 26. 2.1.3 Minerais argilosos.................................................................................. 27. 2.1.4 Propriedade das argilas......................................................................... 34. 2.1.5 Aplicações na indústria cerâmica.......................................................... 35. 2,1,5,1 Processo de Fabricação de Cerâmicas.............................................. 37. 2.2 Minério de ferro........................................................................................... 41. 2.2.1 Rochas com alto teor de minério de ferro............................................. 44. 2.2.2 Reservas................................................................................................ 47. 2.2.3 Produção............................................................................................... 53. 2.2.4 Consumo............................................................................................... 55. 2.2.5 Estimativas de produção de minério de ferro no Brasil......................... 56. 2.2.6 Minério de ferro no Rio Grande do Rio Grande do Norte...................... 57. 2.3 Resíduos provenientes da extração mineral............................................ 59.

(9) 2.3.1 Resíduos de minério de ferro .......................................................... 2.4 Utilização de resíduos na indústria cerâmica...................................... 61 63. Capítulo 3................................................................................................................... 66. Materiais e Métodos............................................................................................... 66. 3.1 Matérias-primas............................................................................................ 66. 3.1.1 Materiais................................................................................................ 66. 3.1.2 Caracterização das matérias-primas..................................................... 67. 3.1.2.1 Análise granulométrica................................................................... 67. 3.1.2.2 Análise de plasticidade................................................................... 68. 3.1.2.3 Análise química por fluorescência de raios X................................. 68. 3.1.2.4 Análise mineralógica por difração de raios X................................. 69. 3.1.2.5 Análise racional.............................................................................. 70. 3.1.2.6 Análise termogravimétrica.............................................................. 70. 3.1.2.7 Análise térmica diferencial.............................................................. 71. 3.1.2.8 Análise dilatométrica...................................................................... 71. 3.1.2.9 Ensaios tecnológicos ..................................................................... 72. 3.1.2.9.1 Perda de massa ao fogo........................................................ 73. 3.1.2.9.2 Retração linear de queima...................................................... 74. 3.1.2.9.3 Absorção de água................................................................... 75. 3.1.2.9.4 Porosidade aparente............................................................... 75. 3.1.2.9.5 Massa específica aparente..................................................... 76. 3.1.2.9.6 Tensão de ruptura à flexão.................................................... 77. 3.1.2.1 Análise microscópica..................................................................... 78. 3.2 Formulações das matérias-primas.............................................................. 79. 3.2.1 Preparação dos corpos-de-prova.......................................................... 79.

(10) 3.2.2 Conformação dos corpos-de-prova....................................................... 80. 3.2.3 Ciclo térmico de sinterização................................................................. 82. Capítulo 4................................................................................................................... 85. Resultados e Discussão......................................................................................... 85. 4.1 Caracterização das matérias-primas............................................................ 85. 4.1.1.1 Avaliação da plasticidade............................................................... 85. 4.1.1.2 Análise granulométrica.................................................................. 86. 4.1.1.3 Análise química por fluorescência de raios X................................. 88. 4.1.1.4 Análise mineralógica por difração de raios X................................ 89. 4.1.1.5 Análise racional.............................................................................. 91. 4.1.1.6 Análises térmicas........................................................................... 93. 4.1.1.6.1 Análise térmica diferencial..................................................... 93. 4.1.1.6.2 Análise termogravimétrica..................................................... 96. 4.1.1.6.3 Análise dilatométrica............................................................. 99. 4.1.1.7 Ensaios tecnológicos .................................................................... 102. 4.1.1.7.1 Perda de massa ao fogo ...................................................... 102. 4.1.1.7.2 Retração linear de queima ................................................... 103. 4.1.1.7.3 Absorção de água ................................................................ 104. 4.1.1.7.4 Porosidade aparente............................................................. 106. 4.1.1.7.5 Massa específica aparente.................................................... 107. 4.1.1.7.6 Tensão de ruptura à flexão................................................... 109. 4.2 Formulações com incorporação de RMF...................................................... 110. 4.2.1 Ensaios tecnológicos ........................................................................... 110. 4.2.1.1 Perda de massa ao fogo das formulações..................................... 110. 4.2.1.2 Retração linear de queima da argila A e das formulações ............ 112.

(11) 4.2.1.3 Absorção de água das formulações............................................... 114. 4.2.1.4 Porosidade aparente das formulações........................................... 116. 4.2.1.5 Massa específica aparente das formulações ................................ 118. 4.2.1.6 Tensão de ruptura à flexão das formulações ................................ 120. 4.2.2 Análise mineralógica por difração de raios X....................................... 123. 4.3 Micrografias.................................................................................................. 128. Capítulo 5................................................................................................................... 153. Conclusões........................................................................................................ 153. Sugestões................................................................................................................... 155. Referências................................................................................................................. 156. APÊNDICE – Corpos-deprova................................................................................... 163.

(12) 9. RESUMO A indústria extrativa mineral é responsável pela geração de resíduos provenientes do seu processo natural de extração. Os impactos da mineração em área urbana revestem-se de especial importância devido ao alto grau de ocupação urbana, que são agravados face à proximidade entre as áreas mineradas e as áreas habitadas. Algumas soluções de disposição de resíduos têm potencial de reduzir significativamente os riscos e o passivo ambiental, porém representam custos elevados nas etapas de implantação e de operação. A adição de resíduos de minério de ferro como matéria-prima na elaboração de produtos que são utilizados comercialmente tem como objetivo diminuir os impactos ambientais, transformando esses resíduos em elementos positivos na geração de trabalho e renda. O presente trabalho estuda a incorporação de resíduo de minério de ferro em duas argilas, uma do pólo cerâmico da Grande Natal e outra do pólo cerâmico da Região do Seridó, ambas do Estado do Rio Grande do Norte, em percentuais de 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e 30%, com o intuito de verificar a potencialidade da incorporação do resíduo em matriz cerâmica. As matérias-primas foram caracterizadas através dos ensaios de difração de raios X, fluorescência de raios X, análise térmica diferencial, análise termogravimétrica. e. análise. dilatométrica.. Os. corpos-de-prova. foram. conformados e em seguida sinterizados nas temperaturas de 850 °C, 950 °C e 1050 °C, à taxa de aquecimento de 5 °C/min, com iso terma de duas horas. Foram realizados os ensaios tecnológicos de retração linear de queima, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, perda de massa ao fogo e tensão de ruptura à flexão, com o intuito de se obter suas propriedades físicas e mecânica. A argila do pólo cerâmico da Grande Natal apresentou um aumento em torno de 65% na tensão de ruptura à flexão, com um percentual ínfimo de 0,12% na sua retração linear de queima, quando adicionados 5% de resíduo de minério de ferro na matriz de argila à temperatura de 850 °C, não comprometendo assim as p ropriedades físicas do produto final. Palavras-chave: Argila, resíduo de minério de ferro, cerâmica vermelha e propriedades tecnológicas..

(13) 10. ABSTRACT The mining industry is responsible for the generation of waste from their natural process of extraction. The mining impacts in urban areas are of special importance due to the high urban occupation, which are exacerbated due to the proximity of the mined areas and populated areas. Some solutions to waste disposal have the potential to significantly reduce the environmental risks and liabilities, but represent higher costs in the stages of deployment and operation. The addition of mining waste as raw material in the development of commercial products reduces the environmental impacts, transforming the waste into a positive element in the generation of employment and income. This thesis studies the incorporation of waste iron ore in two clays, one from the ceramic industry of the City of Natal and the other from the ceramic industry of the Seridó Region, both in the State of Rio Grande do Norte, Brazil. Percentages of iron ore waste of 5%, 10% , 15%, 20%, 25% and 30% were used in the tested ceramic matrix. The two clays and the iron ore waste used as part of this investigation were characterized by X-ray diffraction tests, X-ray fluorescence tests, differential thermal analysis, thermogravimetric analysis and dilatometric analysis. The samples were sintered under temperatures of 850 °C, 950 °C and 1050°C at a heating rate of 5 °C/min with isotherms of two hours. The following tests were performed with the samples: linear shrinkage, water absorption, apparent porosity, apparent density, mass loss in fire and bending resistance in order to obtain their physical and mechanical properties. An amount of 5% of waste iron ore in the matrix clay at a temperature of 850 0C resulted in an increase of about 65% in the tensile strength of the clay samples from the Natal ceramic industry. A linear shrinkage of only 0.12% was observed for the samples, which indicates that the physical properties of the final product were not influenced by the addition of the waste. Keywords: Clays, waste iron ore, ceramic products, technological property..

(14) 11. ÍNDICE DE FIGURAS. Figura 1 - Estrutura molecular da caulinita (1:1)..........................................30 Figura 2 - Estrutura molecular da montmorilonita (2:1)...............................31 Figura 3 - Estrutura molecular da ilita (2:1)...................................................32 Figura 4 - Principais. setores. cerâmicos,. matérias-primas utilizadas. e características do processo de fabricação................................................36 Figura 5 - Esquema do processo produtivo de blocos cerâmicos.............40 Figura 6 - Estruturas cristalinas: a) Cúbica de Corpo Centrado (CCC), b) Cúbica de Face Centrada...........................................................................42 Figura 7 - Mineral itabirito.............................................................................45 Figura 8 - Mineral hematita...........................................................................45 Figura 9 - Canga ............................................................................................46 Figura 10 - Rúbio............................................................................................46 Figura 11 - Imagem de satélite do quadrilátero ferrífero............................48 Figura 12 - Serra de Carajás..........................................................................49 Figura 13 - Jazida do Urucum.......................................................................50 Figura 14 - Mapa temático do ferro..............................................................52 Figura 15 - Mercado consumidor de minério de ferro...............................55 Figura 16 - Vista geral da Mina do Bonito, Jucurutu (RN)..........................58 Figura 17 - Matérias-primas: a) Argila A1, b) Argila A2 e c) RMF..............66 Figura 18 - Esquema referente à caracterização das matérias-primas....78 Figura 19 - Processo de preparação das formulações ............................80.

(15) 12 Figura 20 - Esquema referente à preparação dos corpos-de-prova das formulações ..................................................................................................82 Figura 21 - Ciclo térmico de sinterização nas temperaturas de 850 °C, 950 °C e 1050 °C................................... .........................................................83 Figura 22 - Granulometria da argila A.........................................................87 Figura 23 - Granulometria da argila B.........................................................87 Figura 24 - Granulometria do RMF .............................................................87 Figura 25 - Difratograma da argila A...........................................................90 Figura 26 - Difratograma da argila B...........................................................90 Figura 27 - Difratograma do RMF................................................................91 Figura 28 - DTA da argila A..........................................................................94 Figura 29 - DTA da argila B..........................................................................95 Figura 30 - DTA do RMF...............................................................................96 Figura 31 - TG e DrTG da argila A................................................................97 Figura 32 - TG e DrTG da argila B................................................................98 Figura 33 - TG e DrTG do RMF.....................................................................99 Figura 34 - DLT da argila A........................................................................ 100 Figura 35 - DLT da argila B.........................................................................101 Figura 36 - DLT do RMF..............................................................................101 Figura 37 - Retração linear de queima das argilas A, B e do RMF........104 Figura 38 - Absorção de água das argilas A, B e do RMF.......................105 Figura 39 - Porosidade aparente das argilas A, B e do RMF...................107 Figura 40 - Massa específica aparente das argilas A, B e do RMF.........108 Figura 41 - Tensão de ruptura à flexão das argilas A, B e do RMF.........109 Figura 42 - Retração linear de queima das formulações com argila A...113.

(16) 13 Figura 43 - Retração linear de queima das formulações com argila B...114 Figura 44 - Absorção de água das formulações com argila A..................115 Figura 45 - Absorção de água das formulações com argila B .................116 Figura 46 - Porosidade aparente das formulações com argila A.............117 Figura 47 - Porosidade aparente das formulações com argila B.............118 Figura 48 - Massa específica aparente das formulações com argila A....119 Figura 49 - Massa específica aparente das formulações com argila B...120 Figura 50 - Tensão de ruptura à flexão das formulações com argila A....121 Figura 51 - Tensão de ruptura à flexão das formulações com argila B....122 Figura 52 - Difratograma da formulação A5 sinterizada a 850 °C (a),. 950. °C (b) e 1050 °C (c)............................... ..........................................................125 Figura 53 - Difratograma da formulação A15 sinterizada a 850 °C (a), 950 °C (b) e 1050 °C (c)........................... .......................................................126 Figura 54 - Difratograma da formulação B15 sinterizada a 850 °C (a), 950 °C (b) e 1050 °C (c)........................... .......................................................127 Figura 55 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da matriz de argila A, sinterizada a 950 ºC, com aumento de 500x..........................129 Figura 56 - EDS do ponto (a) A, (b) B e (c) C da Figura 55.........................129 Figura 57 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da matriz de argila B, sinterizada a 950 ºC, com aumento de 270x...........................130 Figura 58 - EDS do ponto (a) A, (b) B e (c) C da Figura 57.........................131 Figura 59 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da amostra de. RMF,. sinterizada. a. 950. ºC,. com. aumento. de. 240x.................................................................................................................132.

(17) 14 Figura 60 - EDS do ponto (a) A, (b) B, (c) C e (d) D da Figura 59..............132 Figura 61 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação A5, sinterizada a 850 ºC, com aumento de 500x..............133 Figura 62 - EDS do ponto (a) A, (b) B, (c) C e (d) D da Figura 61..............134 Figura 63 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação A15, sinterizada a 850 ºC, com aumento de 500x.............135 Figura 64 - EDS do ponto (a) A, (b) B, (c) C e (d) D da Figura 63..............135 Figura 65 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação A5, sinterizada a 950 ºC, com aumento de 500x...............136 Figura 66 - EDS do ponto (a) A, (b) B e (c) C da Figura 65........................137 Figura 67 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação A15, sinterizada a 950 ºC, com aumento de 500x............138 Figura 68 - EDS do ponto (a) A, (b) B, (c) C e (d) D da Figura 67.,,,,,,.......138 Figura 69 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A5 sinterizada a 850 °C, com aumento de (a) 100x, (b) 200x e (c) 500x........................................................................................................139 Figura 70 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A5 sinterizada a 850 °C, com aumento de 1000x: (a) elétrons Secundários e (b) elétrons retroespalhados..............................................140 Figura 71 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A5 sinterizada a 950 °C, com aumento de (a) 100x, (b) 200x e (c) 500x........................................................................................................141 Figura 72 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A5 sinterizada a 950 °C, com aumento de 1000x: (a) elétrons Secundários e (b) elétrons retroespalhados..............................................142.

(18) 15. Figura 73 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A15 na modalidade de elétrons retroespalhados, sinterizada A 850 °C, com aumento de (a) 100x, (b) 200x e (c) 5 00x............................143 Figura 74 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A15 sinterizada a 850 ºC, com aumento de 1000x: (a) elétrons secundários e (b) elétrons retroespalhados...............................................144 Figura 75 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A15 sinterizada a 850 ºC, com aumento de (a) 5000x e (b) 10000x.............................................................................................................145 Figura 76 -. Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da. formulação A15 na modalidade de elétrons retroespalhados, sinterizada a 950 ºC, com aumento de (a) 100x, (b) 200x e (c) 500X................................146 Figura 77 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação A15 a 950 ºC, com aumento de (a) 1000x, (b) 5000x e (c) 10000x.............................................................................................................147 Figura 78 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação B5 na modalidade de elétrons retroespalhados, sinterizada a 850 ºC, com aumento de (a) 200x, (b) 500x, (c) 1000x e (d) 5000x............149 Figura 79 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação B15 na modalidade de elétrons retroespalhados, sinterizada a 850 ºC, com aumento de (a) 100x, (b) 200x e (c) 500x................................150.

(19) 16 Figura 80 - Micrografia obtida por MEV da superfície de fratura da formulação B15 a 850 ºC, com aumento de (a) 1000x, (b) 5000x e (c) 10000x............................................................................................................152.

(20) 17. ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 – Comportamento térmico da caulinita.........................................29 Tabela 2 – Comportamento térmico da ilita..................................................33 Tabela 3 – Principais minerais encontrados em jazidas naturais..............43 Tabela 4 – Reservas (em bilhões de toneladas) de minério de ferro.........47 Tabela 5 – Produção no Brasil e no mundo de minério de ferro................54 Tabela 6 - Previsões de produção de minério de ferro no Brasil...............57 Tabela 7 – Limites de Atterberg das argilas A, B e do RMF........................85 Tabela 8 - Análise química semi-quantitativa das argilas A, B e do RMF (% em peso)......................................................................................................89 Tabela 9 – Análise racional das matérias-primas (% em peso)..................92 Tabela. 10. –. Perda. de. massa. ao. fogo. das. matérias-primas. (%)...................................................................................................................103 Tabela 11 – Perda de massa ao fogo das formulações e das matrizes de argila A e B (%)...............................................................................................111.

(21) 18. LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS. AA - Absorção de água ABC - Associação Brasileira de Cerâmica ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas AG - Análise granulométrica AP - Análise da plasticidade BHPB - BHP Billiton CFN - Companhia Ferroviária do Nordeste CPRM - Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais CSN - Companhia Siderúrgica Nacional DLT - Análise dilatométrica DRX - Difração de raios X DTA - Análise térmica diferencial EDS – Microanálise química por energia dispersiva FRX - Fluorescência de raios X IP - Índice de plasticidade LL - Limite de liquidez LP - Limite de plasticidade MEA - Massa especifica aparente MEV - Microscopia eletrônica de varredura NBR - Norma Brasileira Registrada PAp - Porosidade aparente ROM - Run of Mine RLQ - Retração linear de queima.

(22) 18 RMF - Resíduo de minério de ferro TG - Análise termogravimétrica TRF - Tensão de ruptura à flexão.

(23) 20. Capítulo 1. Introdução e Objetivos. A atividade de extração mineral está intimamente relacionada com o meio ambiente em virtude do grande volume de material que é extraído e posteriormente transportado, gerando impactos ambientais significativos, caracterizados principalmente pelo grande volume de resíduos. Em geral, a mineração provoca um conjunto de efeitos não desejados que podem ser denominados de externalidades. Algumas dessas externalidades são: alterações ambientais, conflitos de uso do solo, depreciação de imóveis circunvizinhos, geração de áreas degradadas e transtornos de tráfego urbano. Essas externalidades geram conflitos com a comunidade e normalmente têm origem quando da implantação do empreendimento, pois o empreendedor não se informa sobre as expectativas, anseios e preocupações da comunidade que vive nas proximidades da empresa de mineração. O Brasil. possui. uma variada produção de substâncias minerais,. podendo-se destacar: ferro, ouro, chumbo, zinco, prata, carvão, agregados para construção civil, gipsita e cassiterita. Parte dessas reservas é considerada expressiva quando relacionada mundialmente, produzindo cerca de 70 substâncias, sendo 21 dos grupos de minerais metálicos, 45 dos não-metálicos e quatro dos energéticos..

(24) 21. Os resíduos de mineração e beneficiamento de rochas estão sendo largamente estudados em virtude do grande impacto ambiental provocado quando descartados indiscriminadamente na natureza e do enorme potencial que possuem como matérias-primas. Além disso, o setor mineral também vem apresentando crescimento, com destaque para o segmento das rochas ornamentais. Estes resíduos são classificados como redutores de plasticidade, pois quando adicionados a massa cerâmica argilosa diminuem a plasticidade da mesma. Entretanto, dependendo de sua constituição mineralógica, alguns resíduos facilitam a formação de fase líquida, o que pode acarretar uma melhoria na qualidade da cerâmica após a etapa de queima. A atividade mineradora nas proximidades da cidade de Jucurutu, no Estado do Rio Grande do Norte, apresenta um aspecto altamente positivo na geração de empregos e na melhoria da qualidade de vida para os habitantes da região, contribuindo para a evolução do setor mineral do Estado. A indústria de cerâmica vermelha do Rio Grande do Norte tem sua maior concentração na região do vale do Açú, podendo também ser encontrada nas mais diversas regiões do Estado, desde a região Agreste até a região do Seridó, portanto com intensa participação na atividade econômica do Estado. Tal destaque na economia potiguar suscita a busca constante de minimizar os seus. custos. de. produção. com. a. adição. de. materiais. alternativos,. principalmente os materiais provenientes de resíduos da produção industrial, do beneficiamento de rochas, da indústria da construção civil e da atividade extrativista de minérios..

(25) 22. O presente trabalho teve como objetivo principal realizar uma pesquisa baseada em dados científicos e tecnológicos, com o intuito de analisar o efeito da incorporação do resíduo de minério de ferro (RMF), coletado na Mina do Bonito, em Jucurutu, em argilas do Rio Grande do Norte, utilizando as variáveis especificadas a seguir. • Matérias-primas de dois pólos cerâmicos; • Percentual de RMF incorporado na massa argilosa variando de 5% a 30%, com incremento de 5% de RMF; • Temperatura de sinterização da massa argilosa variando 850 °C a 1050 °C, com incremento de 100 ºC. Os objetivos específicos deste trabalho são:. • Caracterização das duas argilas estudadas e do resíduo de minério de ferro; • Avaliação. das. alterações. provocadas. nas. propriedades. físicas. e. mecânicas das argilas após a incorporação do resíduo de minério de ferro nos percentuais estudados; •. Verificação do efeito das diferentes temperaturas de queima das matériasprimas, bem como sua influência nas matérias-primas incorporadas com resíduo de minério de ferro;. •. Análise dos aspectos microestruturais e das alterações provocadas pela incorporação do resíduo de minério de ferro;. •. Obtenção de percentuais de resíduo de minério de ferro que possam ser incorporados aos tipos de argilas estudadas, melhorando ou mantendo suas.

(26) 23. características operacionais matéria-prima.. e propriedades na. produção. de. tecnológicas, materiais. minimizando os. que. utilizam. argila. custos como.

(27) 24. Capítulo 2. Revisão Bibliográfica. 2.1 Argilas. 2.1.1 Aspectos históricos. Argila é um material natural que ao ser misturado com água em quantidade adequada se converte numa pasta plástica. Por outro lado, desde tempos imemoráveis, a argila sob a forma de lama ou sob a forma de tijolos de lama, misturada com folhas secas ao sol, foi usada na construção de habitações e monumentos. Alguns destes monumentos perduram tijolos há mais de 4000 anos. Convém referir que o uso de fornos para queima de tijolos de argila está reconhecido desde 8 a 7 milênios a. C. (GOMES,1986). Fragmentos de cerâmica têm sido associados a locais de moradia humana desde os tempos mais antigos. De fato, tais fragmentos têm ajudado aos arqueólogos na determinação de níveis culturais. Admite-se que o uso de argila queimada tenha se originado independentemente em diversos lugares, ao invés de haver se espalhado de um determinado ponto. Esse é um fato.

(28) 25. comum, pois nada seria mais natural do que se confeccionarem toscamente vasilhas de argila para cozer alimentos ou moldarem-se vasos com esse material plástico. A identificação de objetos cerâmicos e os processos de fabricação, usados atualmente, surpreendem pela antiguidade, especialmente as contribuições do começo da Era Cristã, em Roma e na China. Nota-se também o grande desenvolvimento na Europa no século XVIII e, finalmente, o tremendo desenvolvimento no fim do século XIX e começo do século XX, quando a ciência e engenharia foram aplicadas a essa arte antiga (NORTON, 1973). Os pérsicos utilizavam produtos cerâmicos à base de argilas para a construção de casas populares, enquanto os caldeus possuíam técnicas mais sofisticadas para a fabricação e construção de tijolos, erguendo palácios e bibliotecas (PETRUCCI et al., 1979). No Brasil, a cerâmica vermelha teve início nos estados de Pernambuco, Bahia e Santa Catarina, de modo que, há cerca de 1500 anos, esses centros fornecem produtos cerâmicos para os mais variados estados brasileiros. Em 1913, uma grande fábrica de louças deu início à era industrial da cerâmica, propiciando o surgimento de operários com conhecimento sobre esse tipo de indústria e lançando os conhecimentos da indústria moderna (MULLER et, al., 1990)..

(29) 26. 2.1.2 Definições. O termo argila permite vários conceitos subjetivos e interpretativos, tornando-o de certa forma, indefinível e com vários sentidos. Os vários conceitos de argila são funções da formação profissional, técnica ou cientifica dos que por ela se interessam (geólogos, pedólogos, agrônomos, químicos, mineralogistas, petrólogos, ceramistas, engenheiros civis, sedimentólogos, etc), quer seja pela sua gênese, quer seja pelas suas propriedades, quer ainda pelas suas aplicações. O conceito de argila que reúne aceitação mais geral considera a argila como sendo um produto natural terroso, constituído por componentes de grãos muito finos, entre os quais se destacam, por serem fundamentais, os minerais argilosos, que são responsáveis pelas propriedades úteis das argilas e que são criados, destruídos e criados novamente ao longo do ciclo das rochas e têm fração granulométrica ≤ 2 µm (MEIRA, 2001; GOMES, 1986). Podendo obter também, em variadas proporções, outros minerais,. os minerais não-argilosos, tais como: quartzo, feldspato, mica,. calcita, hematita, etc., que estão praticamente granulométrica. ausentes na fração. ≤ 2 µm. Desta forma, uma separação granulométrica nas. duas frações, acima e abaixo de 2 µm é a melhor maneira de separar qualitativamente e em certos casos, quantitativamente, os minerais argilosos dos minerais não-argilosos (GOMES, 1986)..

(30) 27. As matérias-primas cerâmicas podem ser classificadas como plásticas e não-plásticas. Embora ambas exerçam funções ao longo de todo o processo produtivo, as plásticas são essenciais na fase de conformação, enquanto as não-plásticas atuam mais na fase do processamento térmico. As principais matérias-primas plásticas utilizadas no preparo das massas de revestimentos são argilas plásticas (queima branca ou clara), caulim e argilas fundentes (queima vermelha). Dentre as matérias não-plásticas, destacam-se os filitos, fundentes feldspáticos (feldspato, granito, sienito, etc.) (GORINI; CORREA, 1999).. 2.1.3 Minerais argilosos. Quimicamente, os minerais argilosos são compostos por silicatos hidratados de alumínio e ferro, contendo ainda, geralmente, certo teor de elementos alcalinos e alcalinos terrosos. Os minerais argilosos contém também, matéria orgânica e sais solúveis (SANTOS, 1989). Esses minerais, de origem secundária, são os principais responsáveis pelo desenvolvimento da plasticidade do sistema argila-água (VIEIRA et al., 2007). Alguns dos principais minerais argilosos são:.

(31) 28. • Caulinita. O mineral argiloso encontrado com maior freqüência na natureza é a caulinita, que possui composição química Al2Si2O3(OH)4 ou Al2O32SiO22H2O, sendo formada pelo empilhamento regular de camadas 1:1 em que cada camada consiste de uma folha de tetraedro de SiO4 e de uma folha de octaedros Al2(OH)6, também chamada folha de gibsita, ligadas entre si em uma única camada, através de oxigênio em comum, resultando em uma estrutura fortemente polar. A fórmula estrutural da célula unitária é Al4SiO2O10(OH)8 e a composição percentual em óxidos é 46,54% de SiO2; 39,50% de Al2O3 e 13,96% de H2O (BRINDLEY, 1961). A caulinita pura não serve para a produção de cerâmica vermelha, devido a algumas características, tais como constituição, cor branca pós-queima, propriedade de perda de massa e contração linear elevada, mas geralmente, ela se apresenta misturada com grãos de areia, óxidos de ferro e outros elementos, em quantidades tão pequenas que não influenciam negativamente no produto final (AGNELLO, 1960). Pode-se observar o comportamento térmico da caulinita na Tabela 1, a seguir:.

(32) 29. Tabela 1 – Comportamento térmico da caulinita Temperatura 110 °C. Comportamento térmico. Observações. Perda de água de umidade e água adsorvida Início da reação de desidroxilação, que é. 450 °C. completada. a. 600. °C,. formando-se. a. metacaulinita No caso das caulinitas bem cristalizadas, há um pequeno pico endotérmico antes do pico 950 °C. exotérmico intenso, cujo pico máximo ocorre a 975 °C; as caulinitas mal cristalizadas não. A. apresentam esse pequeno pico endotérmico. queima da caulinita. A cristobalita é facilmente identificada, quando a fase espinélio alumínio-silício se transforma 1100 °C. em um tipo de mulita mais rica em sílica, que posteriormente se transforma em mulita com mais liberação de cristabolita. retração. atinge máximo. o. de. valor e. vitrificação se inicia até 1225 °C, devido à. liberação. cristabolita (SiO2) Tem-se o pico exotérmico que corresponde a 1225°C. transformação total do espinélio em mulita, com liberação de sílica. 1470 °C. Há o pico de cristalização da critabolita. 1750 °C. Há a fusão completa do sistema. Fonte: BRINDLEY, 1961.. a. de.

(33) 30. A Figura 1 a seguir, apresenta a estrutura molecular da caulinita.. Figura 1- Estrutura molecular da caulinita (1:1).. • Montmorilonita. A montmorillonita é um silicato de alumínio e/ou magnésio hidratado e tem a propriedade de aumentar significativamente as propriedades plásticas e coloidais das argilas em conjunto com a ilita. Concentrações acima de 3% desse elemento nas argilas causam grande variação linear na secagem e na queima. do. material,. porém. em. pequenas. quantidades melhoram. a. trabalhabilidade. Os minerais do grupo montmorilonita ou esmectiva são geralmente encontrados nas bentonitas que são rochas derivadas de cinzas vulcânicas. Esses minerais argilosos geralmente possuem, em elevado grau, propriedades.

(34) 31. plásticas e coloidais, e apresentam grandes variações em suas propriedades físicas (SANTOS, 1989; GRIM, 1963; SANTOS, 1963). Os minerais argilosos do grupo montmorilonita, beidelita, nontronita, volconscoita, saponita, sauconita, hectorita, são constituídos por duas folhas tetraédricas de silicato, com folha central octaédrica, unidas entre si por oxigênios comuns às folhas, que são contínuas nas direções dos eixos a e b e estão empilhadas ao acaso umas sobre as outras, em alguns tipos. Pode haver substituições isomórficas em percentagem moderada (até cerca de 15% da população) do alumínio, ferro, magnésio e outros, isoladamente ou em combinação. A fórmula teórica do grupo da esmectita é Al4Si87O20(OH)4.nH2O (n = água interlamelar) (SANTOS, 1989). A Figura 2 a seguir, apresenta a estrutura molecular da montmorilonita.. Figura 2- Estrutura molecular da montmorilonita (2:1)..

(35) 32. • Ilita-mica moscovita. A ilita é um silicato de alumínio hidratado de elevado grau de óxido de potássio que torna as argilas muito plásticas, devido ao seu alto grau de granulometria fina, contribuindo de forma positiva na moldagem dos produtos cerâmicos e também no processo de secagem. Algumas vezes colabora para a coloração avermelhada do produto, no caso de possuírem ferro em sua composição, que é liberado por volta de 900 ºC em forma de hematita (VARELA, 2004). O mineral argiloso ilita tem uma estrutura cristalina semelhante à da montmorilonita, com apenas uma substituição maior do alumínio por silício, o que dá uma maior carga à estrutura cristalina, sendo o cátion neutralizante o potássio. Como conseqüência dessas diferenças, as camadas estruturais são rigidamente ligadas e não expandem, e o mineral argiloso tem uma distância interplanar basal fixa de 10,1 Å. O alumínio é o cátion octaédrico dominante, porém, o magnésio e o ferro podem estar presentes (BRADLEY, 1961). A Figura 3 a seguir, apresenta a estrutura molecular da ilita.. Figura 3 – Estrutura molecular da ilita (2:1)..

(36) 33. Pode-se observar o comportamento térmico da ilita na Tabela 2, a seguir:. Tabela 2 – Comportamento térmico da ilita. Temperatura. Comportamento térmico Pico máximo a 150 °C. Existe um pequeno pico endoté rmico. 100 °C a 200 °C devido a água intercalada entre suas camadas Pico endotérmico pequeno, cujo pico máximo ocorre a 530 °C ou 550 °C, de perda de água de hidroxilas, essa per da não 450 °C a 600 °C destrói a estrutura cristalina das ilitas dioctaédricas, porém destrói a estrutura das ilitas trioctaédricas Acima de 600 °C. Há uma pequena expansão do material Picos máximos a 900 °C e 920 °C, respectivamente, endotérmico e exotérmico. O pico endotérmico a 900 °C é de. 880 °C a 930 °C perda da estrutura cristalina e o pico exotérmico a 920 °C é de formação de espinélio 1200 °C. Fonte: GRIM, 1963.. Há um pequeno pico exotérmico de formação d e mulita.

(37) 34. 2.1.4 Propriedades das argilas. Dos 32 grupos ou subsetores das indústrias de processamento químico, apenas uma quarta parte não usa argilas em algum ponto dos processos industriais de fabricação dos respectivos produtos acabados. Em 56 produtos industriais acabados, tais como: cerâmica, borracha e papel, as argilas entram como componentes específicos, acessórios ou alternativos (KELLER 1949 apud SANTOS, 1989). Grim (1953, 1958) destaca que geralmente são os seguintes fatores que controlam as propriedades que uma determinada argila possui: • Composição mineralógica dos minerais argilosos e não-argilosos (qualitativa e quantitativa) e distribuição granulométrica de suas partículas; • Natureza e teor de componentes orgânicos; • Características texturais das argilas, tais como forma dos grãos de quartzo, grau de orientação ou paralelismo das partículas dos minerais argilosos, silicificação e outros; • Teor em eletrólitos, quer de cátions trocáveis, quer de sais solúveis, qualitativa e quantitativamente..

(38) 35. Essa variedade de possibilidades de utilização das argilas está associada ao fato de sua formação apresentar sistemas diferenciados, devido às variadas condições geológicas de formação das mesmas. As argilas podem variar na composição mineralógica qualitativa ou quantitativa dentro dos minerais argilosos, cristalinos ou amorfos, diferenças relativas dos vários minerais e no grau de substituição isomórfica nos reticulados cristalinos. Os componentes minerais não-argilosos, cristalinos ou amorfos, também podem variar qualitativa e quantitativamente. Sendo as argilas, na natureza, de dimensões coloidais, diferenças apreciáveis existem nas propriedades físico-químicas, tais como na capacidade de troca de cátions, natureza dos cátions trocáveis, distribuição granulométrica das partículas, área específica, potencial eletrocinético, viscosidades de suspensões, plasticidade e outras (SANTOS, 1989).. 2.1.5 Aplicações na indústria cerâmica. Os grupos cerâmicos podem ser classificados com base no emprego dos seus produtos, natureza de seus constituintes, características texturais da massa base, além de outras características cerâmicas ou técnico-econômicas. As indústrias de cerâmica vermelha, cerâmica branca e de revestimentos, podem ser classificadas com base em critérios de uso final dos seus produtos. Esses setores enquadram-se dentro das cerâmicas tradicionais (ou silicáticas) de base argilosa, quando classificadas de acordo com a natureza de suas.

(39) 36. matérias-primas. A Figura 4 alia as classificações, relaciona os diversos setores cerâmicos e seus produtos,. e as respectivas matérias-primas. utilizadas, bem como algumas características do processo de fabricação cerâmico. Os três setores abordados são grandes consumidores de matériasprimas minerais e a grande maioria das unidades fabris, bem como as minerações, concentram-se geograficamente nas regiões Sul e Sudeste (MOTTA et al., 2001).. Fonte: MOTTA et al., 2001. Nota: * Classificação de Schuller & Henniche10; ** 21,26; *** O feldspato (o concentrado de feldspato) é utilizado apenas nas porcelanas e, eventualmente, no grês porcelânico, enquanto que nos demais produtos são utilizadas rochas feldspáticas.. Figura 4 - Principais setores cerâmicos, matérias-primas e características do processo de fabricação..

(40) 37. 2.1.5.1 Processo de fabricação de cerâmicas. Antes mesmo da sua descoberta pelos portugueses, há mais de 2000 anos, no Brasil já existia a atividade de fabricação de cerâmicas, representada por potes, baixelas e outros artefatos cerâmicos, tornando assim a argila a matéria-prima básica desse ramo de produtos. A cerâmica mais elaborada foi encontrada na Ilha de Marajó, do tipo marajoara e teve sua origem na avançada cultura indígena da Ilha. Entretanto, estudos arqueológicos indicam que a presença de uma cerâmica mais simples ocorreu na região amazônica, há mais de 5000 anos. No que tange ao incremento do uso das argilas na produção de cerâmica vermelha, as escassas e imprecisas informações referem-se à utilização no período Colonial, a partir de técnicas de produção rudimentares introduzidas pelos jesuítas, que necessitavam de tijolos para construção de colégios e conventos. A partir de 1549, com a chegada de Tomé de Sousa ao país, é estimulada a produção de material de construção para o desenvolvimento de cidades mais bem planejadas e elaboradas. Em 1575 há indícios do uso de telhas na formação da vila que viria a ser a cidade de São Paulo/SP. A primeira grande fábrica de produtos cerâmicos do Brasil foi fundada em São Paulo, em 1893, por quatro irmãos franceses, naturais de Marselha, com o nome de “Estabelecimentos Sacoman Frères”, posteriormente alterado para “Cerâmica Sacoman S.A.”, a qual encerrou suas atividades em 1956. O nome das telhas conhecidas por.

(41) 38. “francesas” ou “marselhesas” é devido à origem destes empresários. Nos últimos anos do século XIX e início do XX houve um processo de especialização nas empresas cerâmicas, o que gerou uma separação entre olarias (produtoras de tijolos e telhas) e cerâmicas (produtoras de ítens mais sofisticados, como manilhas, tubos, azulejos, louças, potes, talhas, etc.) (SEBRAE; ESPM, 2008). Santos, 2003, descreve o processo produtivo da cerâmica vermelha, da seguinte forma: • processo da matéria-prima: coleta, sazonamento, estoque e mistura; • processo de beneficiamento: misturador, laminador e misturador; • processo de fabricação: extrusão, corte e prensa; • processo de queima e inspeção. As etapas de fabricação da cerâmica vermelha podem ser resumidas do seguinte modo: • preparação da massa: separação da matéria-prima e homogeneização; • caixão alimentador: separação da quantidade necessária à produção; • desintegradores: incorporação de água, com variação de seu teor entre 6% e 25%, para evitar perda de eficiência; • misturador: homogeneização da mistura;.

(42) 39. • laminador: a massa é então amassada em formato de lâminas; • extrusora ou maromba: compacta a massa plástica, numa câmara de alta pressão, à vácuo, em uma forma (molde) no formato do produto desejado; • cortador: fino cabo de aço que corta a peça na dimensão desejada; • secagem: a secagem pode ser natural (exposição das peças ao ar livre) ou forçada (secadores intermitentes ou contínuos); • queima: peças secas são submetidas aos fornos para adquirirem as características e propriedades desejadas, que podem ocorrer nos seguintes tipos de fornos – de chama direta, tipo caipira, garrafão e caieira; de chama reversível tipo abóboda, Catarina, corujinha e paulista; contínuos do tipo Hoffman; do tipo túnel, e do tipo plataforma (intermitentes), tipo vagão ou gaveta (todos os tipos podem queimar lenha, bagaço de cana, óleo combustível, etc.); • estocagem e expedição: após a retirada do forno, são inspecionados em um pátio, para a seleção das peças com defeito..

(43) 40. A Figura 5 a seguir, apresenta o esquema do processo produtivo de produtos cerâmicos.. Figura 5 - Esquema do processo produtivo de produtos cerâmicos JULIATO, 1995..

(44) 41. 2.2 Minério de Ferro. O ferro (Fe) é um dos elementos mais abundantes da litosfera e se encontra na proporção de 5,6%. Existem cerca de 300 minerais de Fe, porém somente os óxidos se encontram em concentrações elevadas e de aproveitamento mineral. Durante tempos remotos, o Fe era obtido pela redução de seus óxidos com carvão vegetal, em pequenos fornos. Esta prática foi de tal importância que serviu para caracterizar uma época da história: a idade do Fe com um período de duração de 1300 a.C. - 800 a.C. (FOGGIATTO; LIMA, 2004). É um elemento metálico de transição, prateado, maleável e dúctil, número atômico Z = 26, configuração eletrônica: [Ar] 4s2 3d6, massa atômica MA = 55,847 u, densidade d = 7,87 g.cm-3, ponto de fusão PF = 1535 ºC e ponto de ebulição PE = 3000 ºC. As principais fontes são os minérios de hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (FeO(OH)nH2O), ilmenita (FeTiO3), siderita (FeCO3) e pirita (FeS2).. O elemento puro tem 3 formas. cristalinas, a de ferro-alfa, estável abaixo de 906 ºC, com estrutura cúbica de corpo centrado, que é ferromagnético até a sua temperatura de Curie (768 ºC); ferro-gama, estável entre 906 ºC e 1403 ºC com estrutura não magnética, cúbica de face centrada, e ferro-delta com estrutura cúbica de corpo centrado, acima de 1403 ºC. As estruturas cristalinas correspondentes ao ferro-alfa (CCC), ferro-delta (CCC) e ferro-gama (CFC), estão apresentadas na Figura 6, a seguir..

(45) 42. (a). (b). Figura 6 – Estruturas cristalinas: a) Cúbica de Corpo Centrado (CCC), b) Cúbica de Face Centrada (CFC).. As formações ferríferas bandadas, denominadas itabirito, compostas de hematita e sílica, se constituem nos maiores depósitos de minérios de Fe. Essas formações enriquecidas pelos processos geológicos possibilitaram a existência de itabiritos intercalados com hematita compacta com teores de Fe bastante altos (BALANÇO MINERAL BRASILEIRO, 2001). As jazidas de Fe foram formadas em períodos geológicos bastante antigos, podendo ser encontradas em todas as épocas geológicas. Os depósitos do pré-cambriano são os mais importantes. Não se apresenta naturalmente na forma de metal, sendo extraído de minérios encontrados em jazidas naturais. No Brasil, os principais minerais encontrados são formados de hematita e magnetita (FOGGIATTO; LIMA, 2004). A Tabela 3 apresenta os principais minerais encontrados em jazidas naturais..

(46) 43. Tabela 3 – Principais minerais encontrados em jazidas naturais Minerais. Características. Contém 69,9% de Fe Hematita (Fe2O3). Principal mineral no Brasil Provém de sedimentos químicos que sofreram metamorfismo. Contém 72% de Fe Magnetita Fortemente magnética (Fe3O4) Encontrada em jazidas de origem magmática. Amorfa Limonita Formada pela alteração da magnetita e hematita (Fe2O3nH2O). Siderita. Mineral argiloso, raro como constituinte de minério. (FeCO3). É o mineral mais comum encontrado na natureza Pirita. Por conter enxofre não é usado na obtenção de Fe, mas para. (FeS2). obtenção de enxofre. Fonte: FOGGIATTO; LIMA, 2004..

(47) 44. O minério de Fe, em virtude de suas propriedades químicas e físicas é, na sua quase totalidade, utilizado na indústria siderúrgica (99%). O restante é utilizado como carga na indústria de ferro-liga, cimento e eventualmente na construção de estradas. O alto teor de Fe dispensa em alguns casos, os processos de concentração, podendo o minério ser utilizado diretamente, apenas com a adequação granulométrica. Os procedimentos físicos para preparação mecânica têm por finalidade a obtenção de minérios de composição e dimensões uniformes e adequadas à boa operação nos aparelhos siderúrgicos (BALANÇO MINERAL BRASILEIRO, 2001).. 2.2.1 Rochas com alto teor de minério de ferro. Quatro. tipos. de. rochas. no. Brasil. apresentam. consideráveis. concentrações de minério de ferro, tornando-as assim economicamente viáveis para exploração (FOGGIATTO; LIMA, 2004): • Itabiritos ou hematitas lamelares (Figura 7) são rochas metamórficas compostas alternadamente por quartzo e hematita. O teor de Fe pode variar de 30% a 55%..

(48) 45. Figura 7 – Mineral itabirito (MACHADO, 2009).. • Hematitas compactas (Figura 8) encontradas dentro de camadas de itabirito são os minérios mais ricos e de alta pureza destinados para exportação. Seu teor é de 65% a 70% de Fe.. Figura 8 – Mineral hematita (MINERAL MINER’S, 2008).. • Canga (Figura 9) é um minério secundário constituído por cimentada. e. hematita. limonita. É encontrado capeando afloramentos ou cobrindo.

(49) 46. encostas de morros com espessuras de 2 a 3 metros. Contém de 50% a 60% de Fe e é poroso. Com isto, sua redução é mais fácil. Quase todas as montanhas de itabiritos estão cobertas por canga. São geralmente utilizados em usinas que trabalham com carvão vegetal.. Figura 9 – Canga (RIBEIRO JR, 2008).. • Rúbio (Figura 10) é um cascalho de itabirito que sofreu uma concentração natural, perdendo parte do quartzo. Não existem formações muito extensas, porém podem ter grande importância local devido ao alto teor de Fe.. Figura 10 – Rúbio (NONATO, 2002)..

(50) 47. 2.2.2 Reservas. As reservas medidas e indicadas de minério de ferro no Brasil (Tabela 4) alcançam 26 bilhões de toneladas, situando o país em quinto lugar em relação às reservas mundiais de 370 bilhões de toneladas. Entretanto, considerando-se as reservas em termos de Fe contido no minério, o Brasil assume lugar de destaque no cenário internacional. Este fato ocorre devido ao alto teor encontrado nos minérios de hematita (60% de Fe), predominantemente no Pará (PA) e itabiritos (50% de Fe), predominante em Minas Gerais (MG). No Mato Grosso (MS) o maior teor é de minérios de hematita (63% de Fe), porém de baixa qualidade (IBRAM, 2008).. Tabela 4 – Reservas (em bilhões de toneladas) Ano. 2001. 2002. 2003. 2004. 2005. 2006. Reserva Medida. 15,1. 14,8. 15,6. 15,5. 15,8. 15,8. Reserva Indicada. 9,7. 10,3. 11,3. 10,9. 10,7. 10,7. Fonte: DNPM, 2008.. As principais reservas nacionais estão localizadas nos estados de MG, PA e MS (FOGGIATTO; LIMA, 2004), e são:.

(51) 48. • Quadrilátero ferrífero (MG). O quadrilátero ferrífero (Figura 11) ocorre principalmente no centro de MG. O principal minério é resultante do enriquecimento em Fe por processos de intemperismo, propiciando características econômicas. As principais jazidas, em sua totalidade, atingem um percentual de 65% de Fe, e são representadas por camadas de itabiritos com espessura de 250m. Localizam-se mais especificamente no Distrito Ferrífero de Itabira. Os itabiritos são representados por hematita de alto teor (67% de Fe) e pouca magnetita (72% de Fe). As formações do quadrilátero ferrífero são representadas por: Serra da Moeda, Serra de Itabirito, Serra do Caraça, Lavras Novas, Serra das Andorinhas e Serra de Itacolomi.. A - Serra da Caraça B - Serra da Moeda C - Serra do Itabirito A. D - Serra das Andorinhas. B C E. E – Lavras Novas D F. F - Serra de Itacolomi. Figura 11 - Imagem de satélite do quadrilátero ferrífero (adaptado de CASTRO et al., 2009)..

(52) 49. Há uma particularidade em Miguel Congo (MG), onde a camada de minério de ferro-manganês está intercalada paralelamente às camadas de itabirito. Os itabiritos duros e maciços de baixos teores de Fe (35% de Fe e 1 a 5% de Mn) foram gradativamente alterados para itabiritos moles, friáveis e porosos e destes, em minério de ferro-manganês.. • Serra dos Carajás (PA). A Serra dos Carajás (Figura 12) está localizada no sudeste do estado do PA e é a maior jazida do país. Apresenta além da enorme quantidade de Fe, cobre, manganês, bauxita, níquel, ouro, entre outros. As reservas de minério encontrado nesta região estão estimadas em 20 bilhões de toneladas, com teor superior a 65% de Fe.. Figura 12 - Serra dos Carajás (JORNAL DA UNICAMP, 2009)..

(53) 50. Os depósitos de Fe da Serra dos Carajás estão relacionados com os platôs, que são constituídos de diversos tipos de canga. Estes são constituídos por formações ferríferas bandadas e intercaladas entre duas seqüências vulcânicas. O minério de Fe é originado pelo enriquecimento dos itabiritos. Existem dois tipos de minerais principais: a hematita e a martita. A magnetita e a goetita são minerais menos freqüentes. Ocorrem também, próximo à superfície, óxidos de manganês. O Projeto Carajás, localizado na serra Norte, foi criado em 1985 e inclui a mina, a estrada de ferro com 890 quilômetros de extensão e o porto de Ponta Madeira, com capacidade para navios de até 360 mil toneladas, com investimento na ordem de 7 bilhões de dólares. Além dessa, existem outras ocorrências menos importantes em São Felix e nas serras Sul e Leste.. • Urucum (MS). A jazida do Urucum (Figura 13) está localizada na região de Corumbá, no estado do MS, e se estende até o território boliviano, ou seja, sua localização é distante dos centros consumidores. O minério tem um teor médio de 63% de Fe, porém é de baixa qualidade. Por isso é lavrado principalmente para a extração do manganês, tendo Fe como sub-produto..

(54) 51. Figura 13 - Jazida do Urucum (IMASUL, 2009).. As condições geológicas de formação desta mina são distintas daquelas descritas para os outros depósitos, pois as idades de formação são mais jovens (proterozóico); praticamente não há metamorfismo e apresenta depósitos caoticamente dispostos de sedimentos glaciais. Contém ainda rochas vulcânicas na parte inferior da jazida. Caracterizada por uma alternância de hematita e jaspe, a formação tem espessura de até 300 metros. De grande importância são os depósitos secundários que apresentam minério com 67% de Fe..

(55) 52. • Depósitos de menor porte. Depósitos de Peixe Bravo localizados na região de Porteirinha – Riacho dos Machados (MG) são depósitos de idade proterozóica e associados com sedimentos glaciais, apresentando teor de até 35% de Fe, com espessura de 600 metros. A formação ferrífera é constituída por diamictitos e quartzitos hematíticos. As amostras superficiais de minério de ferro revelaram teores de 38% a 55% para os minérios pobres e de 55% a 69% para os ricos em Fe. Têm uma formação semelhante a do Quadrilátero Ferrífero, em forma de itabiritos, com espessura de 5 metros até 150 metros. Na Figura 14, segue um mapa temático com as principais reservas de ferro do Brasil.. Figura 14 - Mapa temático das principais reservas de ferro no Brasil.

(56) 53. 2.2.3 Produção. A mineração brasileira se desenvolve tradicionalmente em minas a céu aberto, em bancadas com desmonte a explosivo, escavadeiras, carregamento por pás carregadeiras, transporte com caminhões fora-de-estrada e usinas de tratamento com britagem, peneiramento, lavagem, classificação e, em algumas, concentração e pelotização (BALANÇO MINERAL BRASILEIRO, 2001). Em 2008, o Brasil foi o segundo maior produtor de minério de ferro do mundo, com produção de 342 milhões de toneladas, equivalentes a 18% da produção mundial (1,9 bilhões de toneladas). A China foi o maior produtor, com 600 milhões de toneladas. As principais empresas produtoras no Brasil são: Vale com 79%, Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) com 7,4%, Mineração e Metálicos S.A. (MMX) com 3 % e demais empresas com 10,6%. As principais empresas produtoras no mundo são: Vale, Rio Tinto, BHP Billiton (BHPB) e Anglo American. No Brasil os principais estados produtores são: MG (71%), PA (27%) e MS (1%), tendo a produção de pelotas atingindo a marca de 54 milhões de toneladas em 2007, sendo 6,9% maior do que a produção no ano de 2006, que foi de 50,5 milhões de toneladas (IBRAM, 2008). A Tabela 5 a seguir, fornece os resultados da produção de minério de ferro no Brasil e no mundo..

(57) 54. Tabela 5 – Produção no Brasil e no mundo de minério de ferro. Ano. 2001. 2002. 2003. 2004. 2005. 2006. 2007. 2008. Brasil*. 236,92. 214,56. 263,77. 262,03. 278,14. 317,00. 350,00. 342,00. Mundo**. 1.060. 1.080. 1.160. 1.340. 1.540. 1.712. 1.900. 1.900. Fonte: (Sinferbase/USGS/DNPM, 2008). Nota: *(milhão de toneladas); **(bilhão de toneladas).. O minério bruto, Run of Mine (ROM) é o minério obtido diretamente da mina, sem sofrer qualquer tipo de beneficiamento. O minério de hematita apresenta um teor médio de 60% de Fe e o itabirito um teor médio de 50% de Fe, que gera, após beneficiamento nas usinas, produtos classificados como granulados (lump) e finos (sinter-feed e pellet-feed), que são destinados ao mercado interno e à exportação. No aproveitamento comercial, em geral, o granulado é o de utilização direta nos fornos de redução (gusa) e os minérios finos são utilizados nos processos de aglomeração em sinterização e pelotização, (produção de sinter - usinas siderúrgicas integradas e pelotas usinas de pelotização), em seguida são adicionados aos fornos de redução (ferro gusa e ferro-esponja) (BALANÇO MINERAL BRASILEIRO, 2001)..