Mineração - SciELO · ria no processo convencional de peloti-zação. Somente essa etapa representa aproximadamente 20% do custo opera-cional de produção de uma usina de pe-lotização

203REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 55(3): 203-207, jul. set. 2002

ResumoNa última década, especial atenção tem sido dada

para os novos processos de produção de ferro primário,que, além de aproveitar matérias-primas que não podemser utilizadas pelos processos convencionais, não apre-sentam os graves problemas ambientais que ocorrem prin-cipalmente nas siderúrgicas integradas. O Processo deRedução Direta a Partir de Pelota Crua (RDPC) já descritoem outros trabalhos, está incluído no rol daqueles pro-cessos em que os problemas ambientais que ocorrem nascoquerias, sinterizações e unidades de pelotização con-vencional, praticamente não existem.

Além disso, apresenta outras vantagens sobre osprocessos convencionais, particularmente o de utilizarconcentrados de minério de ferro, provenientes de usi-nas de concentração por flotação, sem que seja necessá-rio moer o minério e a fonte redutora até a granulação finaque se faz necessária no processo convencional de pelo-tização.

Esse trabalho visa a apresentar algumas caracterís-ticas das microestruturas de pelotas feitas com a misturade finos de agente redutor e finos de minério depois deserem submetidas a um processo de aquecimento em vá-rias condições de tempo e temperatura.

Palavras-chaves: Pelota, redução, microestrutura.

AbstractNew processes utilised for the production of ferro

primario has been receiving special attention over thelast 10 years. This is due to the necessity to use highgrade concentrates which can not be utilisedstraightforward by the steel mills and do not cause theenvironmetal problems produced by traditional process.The Process of Direct Reduction from Green Pellets(RDPC) reported in other works is one of those processesin which the problens associated to coking, sinterizationand pelletization do not happen.

Besides, this new process has other advantagessuch as the possibility to use the flotation concentrateswithout the necessity to grind it to the same level as itoccurs with the conventional pelletization.

This work aims to show some characteristics of themicrostructures of pellets made out from the of mixturereducing agent and iron ore fines when they are heatedunder various conditions of time and temperature.

Keywords: Pellets, reduction, microstructure.

Mineração

Artigo recebido em 03/06/2002 e aprovado em 12/07/2002.

Microestruturas de pelotas feitas commistura de redutor e finos de minério

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REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 55(3): 203-207, jul. set. 2002204

IntroduçãoA indústria siderúrgica tem como

principal objetivo a fabricação de gusa eaço. No Brasil, isto tem sido realizadoatravés de siderúrgicas integradas, queutilizam o coque como elemento redutor,como é o caso da USIMINAS, AÇOMI-NAS, CSN e COSIPA. O Brasil se desta-cou também no cenário mundial da in-dústria siderúrgica, com a utilização debiomassa (carvão vegetal) e minério deferro bitolado (pellet ore) em pequenosaltos-fornos. Os chamados guseiros seestabeleceram no Estado de Minas Ge-rais devido a abundância de matérias-primas, tais como: carvão vegetal, miné-rio de ferro bitolado e calcário.

Na última década, especial atençãotem sido dada para os novos processosde produção de ferro primário, que, alémde aproveitar matérias-primas que nãopodem ser utilizadas pelos processosconvencionais, não apresentam os gra-ves problemas ambientais. O Processode Redução Direta a Partir de Pelota Crua(RDPC), já descrito em outros trabalhos,está incluído no rol daqueles processosem que o problema ambiental que ocorrenas coquerias, sinterizações e unidadesde pelotização convencional não existe.Além disto, pode apresentar uma sériede outras vantagens sobre os proces-sos convencionais, particularmente o deutilizar concentrados de minério de fer-ro, provenientes de usinas de concen-tração por flotação, sem que seja neces-sário moer o minério e a fonte redutoraaté a granulação fina que se faz necessá-ria no processo convencional de peloti-zação. Somente essa etapa representaaproximadamente 20% do custo opera-cional de produção de uma usina de pe-lotização. É importante salientar que oprocesso convencional de pelotização,que recentemente passou por um“boom” devido à demanda por matérias-primas de alta qualidade exigidas pelosprocessos de redução direta, agregamuito pouco valor ao produto, quandocomparado ao ferro-esponja. Enquantoa tonelada de pelota é vendida por apro-ximadamente 35 dólares, a tonelada deferro-esponja tem um preço de venda de130 dólares.

Esse trabalho visa a apresentar al-gumas características das microestrutu-

ras de pelotas feitas com a mistura definos de agente redutor e finos de miné-rio após serem submetidas a um proces-so de aquecimento em várias condiçõesde tempo e temperatura em um forno-tú-nel contínuo de laboratório.

Materiais e métodosUma descrição completa dos mate-

riais se encontra em outro trabalho apre-sentado por Martins et all (1999).

É importante salientar que o miné-rio de ferro utilizado possuía teor de97,45 % Fe

2O

3 e 2,34 % de SiO

2, com gra-

nulação de 100% abaixo de 100µm e 33%menor que 35µm.

Os redutores utilizados possuíamas características apresentadas nas Ta-belas 1 e 2.

Forno-Túnel Contínuo

O forno-túnel contínuo utilizadopossui seção trapezoidal com largura de95x100 mm e altura de 100 mm e três mó-dulos de 90 cm de comprimento: o pri-meiro para aquecimento, o segundo paratemperatura máxima e um terceiro módu-lo, sem os elementos resistíveis, atuoucomo zona de resfriamento.

O tempo de residência em cadamódulo, quando a vagoneta operava àvelocidade máxima de 6 cm/minuto, foide 15 minutos.

Estabeleceu-se uma temperatura detrabalho de 1100°C, uma vez que a tem-peratura máxima do forno era de 1200°C.

Alguns testes foram realizados noforno mufla, utilizando-se de cadinhosde porcelana. Como o forno era limitadona sua potência (capacidade de aqueci-mento), duas taxas de aquecimento fo-ram utilizadas: aquecimento lento (15º C/minuto) e aquecimento rápido (colocan-do o cadinho à temperatura máxima).

Após conhecer melhor o compor-tamento das pelotas com a realização dostestes em forno mufla, deu-se início aostestes em forno túnel contínuo. Depoisda realização de uma série de testes noforno contínuo, percebeu-se que as pe-lotas dentro das vagonetas estavam bas-tante heterogêneas. A camada superiorsofria redução, enquanto a camada infe-rior, devido a um processo de impermea-bilização do leito, não sofria grandestransformações devido a falta de conta-to entre as pelotas e a atmosfera do for-no. Decidiu-se por aumentar a “oxigena-ção” do leito, fazendo um elevado nú-mero de perfurações nas paredes late-rais das vagonetas. Ainda assim, o pro-blema não foi resolvido. Persistiu a faltade homogeneidade no leito. A melhorsolução encontrada foi manufaturar umacesta com malha de aproximadamente 5mm de abertura, que, por ter dimensõesinferiores às da vagoneta, ao ser coloca-da em um suporte dentro da mesma, per-mitiu que todos os lados do recipiente,

Tabela 1 - Análise química de carvão e coque.

Tabela 2 - Reatividade de carvão e coque (norma ABNT NBR 10513).

Carvão Coque

Carbono 55,85 90

Voláteis 35,48 8

Cinza 2,41 0,15

Umidade 6,26 1,85

Total 100 100

Teor (%)Elemento Químico

Material Ensaio 1 Ensaio2 Média

Coque 17,98 19,28 18,63

Carvão 99,6 98,85 99,23


inclusive o fundo, tivessem um amplocontato com a atmosfera do forno.

De acordo com a composição quí-mica do minério, a quantidade estequio-métrica de cada redutor, necessária paraque a redução ocorra de maneira com-pleta, foi para carvão e coque, respecti-vamente, 26,2 e 16,3 %, em relação aominério.

Resultados ediscussão

O objetivo principal desse estudoda microestrutura das pelotas reduzidasfoi buscar entender alguns mecanismosdo processo de redução de pelotas.Como se trata de um processo em que oredutor está intimamente misturado noestado sólido com o minério, esse pro-cesso apresenta características bastan-te distintas dos processos de reduçãoconvencionais (alto-forno e redução di-reta) e também do processo de reduçãoem leito fluidizado. Certamente, os me-canismos que ocorrem no processoRDPC devem ser bem mais complexosdo que aqueles já conhecidos das rea-ções tipo topoquímica que ocorrem noalto-forno.

É provável que as reações topoquí-micas ocorram simultaneamente tanto naparte externa da pelota como no interiorda mesma à nível do grão. Não foi objeti-vo desse trabalho estudar exaustivamen-te as etapas que ocorrem durante o pro-cesso de redução, mas procurar fazer umaassociação de alguns aspectos da mi-croestrutura com aqueles resultadosobtidos nos estudos das variáveis deprocesso.

Na Foto 1, são mostrados os efei-tos da quantidade de agente redutor emtestes feitos com coque, cujo grau demetalização foi de 4,8%. É interessanteobservar que as regiões metalizadas seencontram na parte externa das partícu-las e também distribuídas de maneira ho-mogênea por toda pelota.

Na Foto 2, onde houve um grau demetalização de 43,3%, é possível obser-var que a distribuição do metal tambémocorre de maneira homogênea. Algumas

partículas estão completamente metali-zadas e outras estão parcialmente.

Na Foto 3, onde se obteve um graude metalização de 89,3%, é possível ob-servar a homogeneidade da redução, naqual, em nível microscópico, como erade se esperar, as reações devem ocorrerde forma topoquímica, uma vez que osóxidos se encontram na região centraldos grãos.

Na série de fotos citadas anterior-

mente, é possível verificar que não háuma região preferencial onde ocorre aredução e que, independente do grau deredução, a distribuição do metal é homo-gênea por toda pelota.

As próximas fotos ilustram o efeitoprolongado do tempo na temperatura deredução. Nas Fotos 4 e 5, onde o grau demetalização foi de 45,1%, é possível ob-servar que as partículas metálicas estãomais arredondadas e algumas delas comcobertura de óxido na parte externa.

Foto 1 - Teste 13 realizado com coque (12,2% em peso) à temperatura de 1120ºC,tempo de 30 minutos e com 4,8% de metalização (centro 100x).


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A Foto 5 é muito interessante, poispode ser observado, com clareza, que aparte externa da borda, além de estar bemoxidada, tem uma característica dendríti-ca, sinalizando para uma fusão de grãos.Outro detalhe importante é a diferençaacentuada entre a Foto 4 (parte central),que está bem metalizada, e a Foto 5 (bor-da), que se encontra muito oxidada.

É interessante também compararesse conjunto de fotos, com a Foto 3, quefoi feita sob condições de testes seme-lhantes, exceto pelo tempo prolongado.

Na Foto 6, são mostradas as regi-ões de uma pelota bastante heterogê-nea. Pode- se ver regiões de alta metali-zação e regiões de baixa metalização,onde a presença dos óxidos é predomi-nante. É importante salientar que o graude metalização desse teste foi de 82,3%,ou seja, a região não metalizada se con-centrou em um lado da pelota, que é jus-tamente o lado que se encontra próximoà parede do recipiente, o que, de certaforma, impermeabiliza a superfície .

Pode ser observado que a distribui-ção da fase metálica na pelota é bastantehomogênea e a não homogeneidade dealgumas pelotas se deveu à sua posiçãodentro do recipiente. Geralmente o ladomais metalizado é o que estava mais ex-posto à atmosfera do ambiente dentrodo forno.

ConclusõesAtravés da microestrutura, obser-

va-se, com clareza, que tempo de exposi-ção prolongado a altas temperaturasocasiona uma reoxidação do metal. Demaneira geral, a distribuição de metal napelota é bastante homogênea e a nãohomogeneidade de algumas pelotas sedeveu à sua posição dentro do recipien-te. Observou-se que o lado mais metali-zado foi o que ficou mais exposto à at-mosfera do ambiente.

AgradecimentosEsse trabalho foi possível graças



Foto 5 - Teste 33 realizado com coque (18,3% em peso) à temperatura de 1120ºC,tempo de 90 minutos e com 45,1% de metalização (borda 200x).


Foto 6 - Teste D realizado com coque (18,3% em peso) à temperatura de 1180ºC,tempo de 20 minutos e com 83,2% de metalização (centro 50x).

ao financiamento de projeto apoiado pelaFundação de Amparo à Pesquisa do Es-tado de Minas Gerais - FAPEMIG.

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