BRPI0804694A2 - processo de produção de pelotas de manganês a partir de minério de manganês não calcinado e aglomerado obtido por tal processo - Google Patents
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Abstract
Descreve-se um processo de produção de pelotas de manganês a partir de minério de manganês não calcinado compreendendo as etapas de: (a) preparação granulométrica do minério através da classificação e do minério em função do tamanho de suas partículas, sendo mantidas no as partículas de tamanho menor ou igual a 1 mm, do processamento de fração de partículas de minério de modo a apresentar tamanho menor ou igual a 1 mm e da cominuição destas partículas; (b) adição de fundente; (c) adição de aglomerante; (d) pelotização resultando em pelotas cruas; e (e) processamento térmico através da secagem, pré-aquecimento e aquecimento das pelotas cruas.
Description
"PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIR DEMINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO E AGLOMERADO OBTIDO PORTAL PROCESSO."
Campo de aplicação
Trata de um processo para produção de pelotas de manganês a partir deminério de manganês não calcinado, onde o produto obtido pela invenção, pelotasde minérios de manganês, tem aplicação na fabricação de ferro - ligas (Fe - Mn, Fe- Si - Mn) em fornos elétricos, de gusa com alto teor de manganês em Altos Fornose/ou como elemento de liga na fabricação de aços especiais.
Estado da Técnica
O minério de manganês é de grande importância para a siderurgia, poisaproximadamente 90% da produção mundial deste mineral se destinam aosprocessos siderúrgicos sob a forma de ferro - ligas.
O Brasil possui reservas de minérios de manganês nos estados do Pará,Mato Grosso e Minas Gerais e estes minérios se diferem por sua formaçãogeológica.
Durante o processo de extração nas minas e nas estações debeneficiamento do minério de manganês, é gerada uma grande quantidade definos. Esse material, devido a sua granulometria, não tem utilização direta nosfornos elétricos de fabricação de ferro - ligas, nem nos demais fornos, porprejudicarem a permeabilidade do leito, reduzindo a produtividade das plantas eaumentando os consumos energéticos, além de problemas ambientais.
Os produtores de minérios de manganês, principalmente aqueles comelevada geração de finos, vem continuamente buscando alternativas para aumentara utilização destes minérios. Entre estas alternativas tecnológicas consideradasestão a aglomeração dos finos via sinterização, pelotização e briquetagem.
A linha de sinterização do minério do manganês está bem estabelecida. Ominério tem comportamento adequado na sinterização e produz um sinterapropriado para uso em fornos elétricos de redução, principalmente para uso local,em função do sinter não possuir resistência mecânica suficiente para suportarexcessivo manuseio e o transporte a longas distâncias.
Na linha de aglomeração a frio por briquetagem e pelotização, algunsestudos foram desenvolvidos no passado, mas sem sucesso em face aos sériosproblemas de qualidade física e metalúrgica dos aglomerados produzidos.
A fabricação de pelotas de minérios de manganês a quente foi estudada nopassado por empresas e centros de pesquisa. Nos estudos, verificou-se que aspelotas após a queima apresentaram-se muito frágeis devido à intensa geração detrincas, provavelmente devido à elevada perda ao fogo do minério e atransformações da fase oxido do manganês. Estes fatos motivaram a inclusão deetapas preliminares de processamento térmico do minério na cadeia produtivaobjetivando viabilizar a produção de pelotas de Mn de boa qualidade física.
O processo mais comum de produção de pelotas de manganês utilizaminérios de manganês após prévia calcinação, em atmosfera redutora em forno deleito fluidizado. Este processo envolve tratamento térmico do minério de manganêsantes de sua pelotização e queima das pelotas cruas. Este tratamento térmicotambém chamado de calcinação redutora tem como objetivo principal gerarmagnetita e facilitar a eliminação do ferro por separação magnética, comconseqüente enriquecimento do minério. O efeito colateral deste tratamento térmicoé a decomposição de óxidos superiores de manganês que dificultam a queima depelotas de manganês nos processos tradicionais de produção (Grate Kiln eTraveling Grate). Assim, a rota convencional de produção de pelotas de manganêsinclui, além da etapa de calcinação prévia em atmosfera redutora em fornofluidizado, as etapas de moagem, filtragem, separação magnética, pelotização equeima em fornos do tipo Traveling Grate.
O grande desafio da técnica é a dificuldade de obtenção de pelotas demanganês de qualidade física adequada, quando produzidas a partir de minério nãocalcinado previamente, pois durante o processo de queima das pelotas cruas demanganês obtidas a partir de minério não calcinado ocorre geração de inúmerosdefeitos na estrutura da pelota, como trincas que reduzem acentuadamente a suaresistência à compressão e que no extremo, podem levar a deterioração completada estrutura da pelota ("spalling"). Este fenômeno ocorre em conseqüência àgeração excessiva de vapor nas etapas de secagem e pré-aquecimento, devido àevaporação de água e decomposição de óxidos superiores de manganês. Noscasos onde as pelotas não apresentam porosidade adequada, a fase vapor geradacria tensões internas na estrutura da pelota suficientes para fragilizá-la ou atédestruí-las. Uma pelota com qualidade física inadequada pode acarretar geraçãoexcessiva de finos no seu manuseio, no transporte e/ou durante a sua redução noforno. Esta geração de finos pode acarretar em perdas de produto, quando existepeneiramento antes do seu enfornamento, ou no pior desempenho do material naetapa de redução, por causa de perda de permeabilidade do leito.
Apesar de sua importância para a indústria siderúrgica, a produção depelotas de minério de manganês tem sido pouco estudada até o momento, sendopequena a quantidade de trabalhos publicados sobre o assunto.
O documento JP 001040426 trata de processo de obtenção de pelotas apartir de minério de manganês pré-reduzido.
O documento UA 16847U trata de processo de obtenção de ferro-manganêsa partir de minérios de manganês de baixa qualidade.
O documento US 4273575 trata de processo que parte de finos de ferro oumanganês apresentando partículas de tamanho abaixo de 150 microns, e que sãoconvertidos em esferas de tamanho máximo correspondendo a 6,0 mm, através daadição de aglomerantes, subseqüente pelotamento e tratamento térmico atemperatura de 300 °C.
O documento JP 57085939 trata de matéria-prima para a produção de ferro- manganês consistindo de finos de minério de manganês que sofrem adição de 7,0% de aglomerante tipo cimento Portland, podendo sofrer adição de 7,0 % a 10,0 %de água. As pelotas são então curadas por um intervalo de tempo que pode variarde 3 dias até uma semana.
A ICOMI, Indústria e Comércio de Minérios do Amapá, construiu e operouuma planta de pelotização que tinha como objetivo a utilização de minériomanganês de mina própria. A planta foi desenvolvida pela Bethlehem SteelCorporation (BSC) dos EUA.
A capacidade de produção da planta era de 20.000 toneladas por mês.
As propriedades físicas das pelotas de manganês podiam ser comparadascom as obtidas/conhecidas nas pelotas de minérios de ferro.
O gerenciamento e a operação da planta ficavam a cargo da ICOMI e aassistência técnica feita pela BSC.
O minério da Mina da Serra do Navio (SNV) era um mineral de oxido demanganês (65% em peso) com a seguinte formação:<table>table see original document page 5</column></row><table>
A FIGURA 1 mostra o fluxo do processo de tratamento de minério para aalimentação da fase de calcinação redutora (Roaster) utilizado pela ICOMI
Os produtos da planta de beneficiamento da ICOMI apresentavam asseguintes características:
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Para a produção de pelotas na ICOMI, na classificação granulométricadesejada, o sistema formava uma mistura composta por 75t de Miúdo e 50t Fino, ou60 e 40% respectivamente. Esta mistura, na faixa granulométrica de 8 mm a 150Mesh era, então, alimentada no forno de leito fluidizado (Roaster), equipamentoutilizado para realizar uma calcinação em atmosfera redutora. O objetivo principaldesta etapa do processo era transformar o conteúdo de minério de ferro da faseHematita para Magnetita, o que possibilitava a remoção da Magnetita pelo processode separação magnética, aumentando assim a relação manganês / ferro, isto é,enriquecendo o minério de manganês. Além disto, tinha o efeito colateral decalcinar o minério, o que garantia que a decomposição de óxidos superiores de Mnnão ocorresse durante o processo de queima da pelota.
Para a pelotização do minério Mn, concentrado e calcinado, a ICOMIutilizava a bentonita como aglomerante, com adições da ordem de 20 quilos portonelada de minério (2,0%). A resistência à compressão das pelotas produzidas erada ordem de 250 kgf por pelota.
A FIGURA 2 ilustra o processamento do minério da etapa de calcinaçãoredutora até o pelotamento.O disco de pelotamento foi confeccionado com patamares formandodegraus que tinham como finalidade aumentar o tempo de residência do material nodisco proporcionando melhor formação e acabamento das pelotas cruasproduzidas.
A FIGURA 3 mostra o fluxo esquemático da etapa de secagem, pelotamentoe peneiramento das pelotas cruas.
Na etapa de queima a ICOMI utilizava um forno do tipo "Traveling Grate",conforme desenho esquemático mostrado na FIGURA 4, que representa desenhoesquemático do forno de queima de pelotização. Na TABELA 1 abaixo estárepresentada a legenda da FIGURA 4:
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TABELA 1- Legenda da Figura 4
A TABELA 2, a seguir, indica a especificação dos produtos ICOMI:
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TABELA 2 - Especificações dos Produtos da ICOMI
Em resumo, o processo de pelotização da ICOMI exigia as etapas decalcinação redutora seguida de separação magnética como alternativa paraaumentar a relação Mn/Fe no minério e possibilitar a redução do efeito dadegradação devido o tratamento térmico nas pelotas. Após essa etapa o minérioera submetido aos processos de moagem a úmido, classificação por hidrociclones,espessamento, homogeneização, filtragem e secagem do minério antes da etapade pelotamento.
Objetivos da invenção
A presente invenção tem por objetivo a produção de pelotas com finos deminérios de manganês, com da eliminação da etapa de calcinação prévia dosminérios e a substituição das etapas de moagem, espessamento, homogeneização,filtragem e secagem pelo processo de cominuição em prensa de rolos dos minériosao natural.
O produto obtido apresenta uma composição química pré-definida equalidades físicas, como elevada resistência à compressão e ao desgaste(abrasão), para suportar os efeitos de manuseios (carga e descarga), transporte àlonga distância e processamento em fornos siderúrgicos.
A invenção permite amenizar o efeito catastrófico de degradação daspelotas através de:
• controle adequado da distribuição granulométrica do minério;
• conhecimento dos mecanismos de transformações de fases com oaumento da temperatura a que está sujeito o minério (ver Tabela 3;
• elaboração de um ciclo térmico adequado para controle da etapa dequeima.
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TABELA 3 - Reações do minério de manganês em função da temperaturaVantagens da invenção
Foi desenvolvido novo processo de obtenção de pelotas de manganês apartir de minério não calcinado previamente que apresenta algumas vantagenscomo:
permitir a obtenção de produto com composições químicas pré -estabelecidas/ conhecidas; maior precisão no balanço de massa;
permitir a redução/eliminação dos elementos pesados pela recuperação dosmesmos através de sistema de tratamento dos gases;
- permitir a obtenção de pelotas de manganês com resistência mecânicaadequada para suportar o transporte a longas distâncias, o manuseio e adegradação durante a sua utilização em reatores metalúrgicos, com menorgeração de finos em todas essas etapas;
- custo operacional significativamente mais reduzido que o custo do processoconvencional;
- permitir a melhoria da performance dos reatores metalúrgicos. Aumento daprodutividade dos fornos de produção de ferro-liga em função de tamanhode partícula mais homogêneo e melhor permeabilidade da carga;
permitir a obtenção de produto com os componentes e composição química,qualidades físicas e metalúrgicas mais homogêneas - produção de cargaelaborada para fabricação de ferros-ligas, gusa ou como elemento de adiçãona fabricação de aços especiais;
permitir o reaproveitamento dos finos gerados na extração no manuseio/beneficiamento e no transporte - maximização das reservas;
- permitir a redução dos passivos ambientais;
permitir a recuperação dos materiais de barragens - reutilização dostailings. Transformar os minérios finos, hoje considerados rejeitos, emreservas;
- permitir o tratamento de resíduos na própria fonte geradora, reduzindoassim o passivo ambiental, e também a redução no custo de fabricaçãodecorrente do menor custo da matéria prima, resultante do menor valordestes e das taxas de substituição obtidas;permitir a antecipação de solução para o caso de restrições ambientais maisrigorosas na Europa;
permitir a obtenção de produto com baixo teor de umidade, indicando ganhono frete por transportar um produto de maior conteúdo metálico;
- permitir a introdução de um novo produto no mercado de maior valoragregado;
Descrição resumida da invenção
Foram desenvolvidos aglomerados de manganês apresentandopropriedades de resistência mecânica melhorada, assim como seus respectivosprocessos de obtenção através da aglomeração de minério de manganêscominuido, sem calcinaçao prévia empregando pelotização a quente,compreendendo as etapas indicadas abaixo:
(a) preparação granulométrica do minério através da classificação e dominério em função do tamanho de suas partículas, sendo mantidas no aspartículas de tamanho menor ou igual a 1 mm, do processamento de fraçãode partículas de minério de modo a apresentar tamanho menor ou igual a 1mm e da cominuição destas partículas;
(b) adição de fundente;
(c) adição de aglomerante;
(d) pelotização resultando em pelotas cruas; e
(e) processamento térmico através da secagem, pré-aquectmento eaquecimento das pelotas cruas.
Descrição resumida dos desenhos
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com baseem um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras e fotosmostram:
FIGURA 1 - ilustra o fluxagrama do processo de tratamento de minério para aalimentação da fase de calcinaçao redutora (Roaster) usado no estado da técnica;
FIGURA 2 - ilustra o processamento do minério da etapa de calcinaçao redutora atéo pelotamento conhecido do estado da técnica;
FIGURA 3 - ilustra o fluxograma esquemático da etapa de secagem, pelotamento epeneiramento das pelotas cruas do estado da técnica;
FIGURA 4 - ilustra um forno do tipo Straight - Grate Induration Machine conhecidodo estado da técnica;
FIGURA 5 - ilustra um fluxograma contendo a composição da mistura parapelotizaçao e a rota de preparação do minério do processo objeto desta invenção;
FIGURA 6 - ilustra um desenho esquemático do forno de queima Pot-Grateutilizando na simulação do processo do tipo "traveling grate".
FIGURA 7 - ilustra um forno de indução utilizado na simulação do processo "steelbelt".
FIGURA 8 - ilustra um gráfico contendo as temperaturas registradas durante ostestes de sinterização no forno de indução ilustrado na FIGURA 7;
FOTOS 1A E 1B - ilustram os equipamentos de cominuição utilizados no processoobjeto desta invenção;
FOTO 2 - ilustra um disco de pelotamento usado na simulação do processo"traveling grate";
FOTO 3 - ilustra pelotas cruas usadas na simulação do processo "traveling grate";
FOTO 4 - ilustra o forno de queima pot-Grate usado na simulação do processo"traveling grate";
FOTO 5 - um disco de laboratório com um diâmetro de 400 mm usado no teste depelotizaçao usado na simulação do processo "steel belt";
FOTOS 6A e 6B - ilustram pelotas úmidas e secas usadas na simulação doprocesso "steel belt";
FOTO 7 - ilustra as pelotas sinterizadas a 1300°C obtidas na simulação doprocesso "steel belt";
FOTO 8 - ilustra um disco de pelotamento usado na fabricação das pelotas cruasna simulação do processo "grate kiln".
FOTO 9 - ilustra o forno de queima usado para simular o processo "grate kiln".
Descrição detalhada da invenção
A pelotizaçao é um processo de aglomeração que, através de umtratamento mecânico e térmico, converte a fração ultrafina do minério em esferasde tamanhos na faixa de 8 a 18 mm, possuindo características apropriadas paraalimentação dos fornos de redução.
A invenção proposta permite produzir pelotas a partir de minérios demanganês, sem a calcinação prévia, com uma granulação na faixa de 40 a 60%passante na malha de 0,044 mm (material mais grosso).
Para a produção das pelotas de minérios de manganês pelo processo dapresente invenção são obedecidas as seguintes etapas:
1) Secagem do minério de manganês;
2) Preparação granulométrica do minério através do processo de cominuição;
3) Adição de fundentes (calcário calcítico, ou dolomítico ou outras fontes de MgO,como serpentinito, olivina e etc) ao minério de manganês;
4) Adição de aglomerante à mistura de minério de manganês e fundentes;
5) Mistura do material resultante da etapa anterior;
6) Pelotamento da mistura final para a produção de pelotas cruas de minérios demanganês;
7) Peneiramento de pelotas cruas;
8) Queima de pelotas de minérios de manganês;
9) Peneiramento de pelotas queimadas; e
10) Estocagem e embarque das pelotas de minérios de manganês.
O processo se aplica a qualquer minério de manganês mais oxidado eminérios de outros metais de mesmo tipo com distribuição granulométricaespecífica, superfície específica variando entre 800 a 2000 cm2/g e porcentagemmenor que 0,044 mm de 40 a 60%. O minério deve ser preparado de maneira aevitar a geração de materiais ultrafinos.
Para o processo de preparação do minério, a escolha do equipamento decominuição dependerá da granulometria inicial do minério. Nesta etapa, deve-seevitar a utilização de moinhos de bolas como equipamento para redução dostamanhos das partículas do material. Os equipamentos mais indicados para oprocesso de cominuição são: o britador e prensa de rolos em linha ou somente aprensa de rolos com e sem recirculação. Para minérios que estejam na fraçãosuperior a malha de 0,5 ou 1,0 mm é necessária a redução prévia do tamanho daspartículas de modo a se obter 100% do material passante nesta malha, e daí seuprocessamento em prensa de rolos com e sem recirculação. Já os materiais que seencontram na fração abaixo de 0,5 ou 1,0 mm poderão ser processadosdiretamente em prensa de rolos com e sem recirculação. A prensagem deverá serrealizada em quantidade necessária até que se atinja superfície específica na faixade 800 a 2000 cm2/g e/ou granulometria na faixa de 40 a 60% do material passantena malha de 0,044 mm. Para os minérios que se encontram com granulometriamais fina, isto é, na faixa da superfície específica e com percentual passante namalha de 0,044 mm na faixa ou superior a 40% as etapas de britagem e prensagemdeverão ser dispensadas.
As etapas de britagem e/ou prensa de rolos deve ser realizada em circuitofechado com peneira para garantir a granulometria desejada no produto destasoperações.
O uso de prensa de rolos com e sem recirculação exige secagem prévia dominério, cuja umidade inicial está em torno 12 a 15% para uma umidade final de 9 a10%. A secagem deve ser feita preferencialmente em secador rotativo que utilizecombustível sólido ou líquido para geração de energia.
Seguindo o fluxo do processo de pelotização, após a etapa de preparaçãogranulométrica do minério de manganês, o material cominuido será misturado comfundente, que poderá ser calcário calcítico, ou dolomítico ou outras fontes de MgO,como serpentinito, olivina e etc.
A dosagem do fundente poderá variar de 0,1 a 2,0% em função dacomposição química desejada para a pelota. A mistura será encaminhada parareceber a dosagem de aglomerante. Este poderá ser bentonita (de 0,5 a 2,0%), calhidratada (2,0 a 3,0%), ou aglomerante sintético do tipo CMC, Carboxi-metil-celulose (de 0,05 a 0,10%). As quantidades deverão ser adequadas para aformação de pelotas cruas com resistência suficiente para suportar o transporte atéo forno e aos choques térmicos a que são submetidas na etapa de secagem, pré -queima e queima. A resistência das pelotas úmidas e secas deve ser no mínimo de1,0 e 2,0 kg/pelota, respectivamente, e um valor mínimo de resiliência, ou seja,número de quedas de 5 (cinco).
Na etapa de pelotamento, em disco ou tambor, é feita a dosagem de água.A adição deverá ser realizada em função da umidade inicial da mistura a serpelotizada e em quantidades suficientes para a formação da pelota crua com boaqualidade física. Dependendo da granulometria e da adição de aglomerante, aumidade poderá variar de 14 a 18%.
As pelotas cruas deverão ser processadas termicamente em forno do tipo"traveling grate", "grate kiln" ou steel belt, dependendo, principalmente do volumede produção que se deseja. Deve ser dada especial atenção às etapas de secageme pré-queima da pelota que devem ser feitas visando evitar geração de trincas napelota devido ao choque térmico. A taxa de aquecimento deve variar de 50 a150°C/minuto. A temperatura máxima e tempo total de queima devem sersuficientes para garantir a qualidade do produto final em termos de resistênciafísica, principalmente, a resistência à compressão. A temperatura de topo máximapode variar de 1280 a 1340°C e o tempo total de 34 a 42 minutos. A resistência àcompressão da pelota deve ser de no mínimo 250 daN/pelota.
Seguem exemplos de pelotamento e queima da invenção com o objetivo demelhor elucidá-la, não devendo os mesmos ser tomados para efeitos limitativos dainvenção. Em todos os exemplos a composição da mistura para pelotização e a rotade preparação do minério são apresentados na FIGURA 5.
O calcário calcítico foi adicionado como fundente e fonte de CaO paraformação e ajuste de composição de escória no forno elétrico (FEA). Ele foipreparado de maneira a ter 70% do material passante na malha de 325 mesh.
A bentonita foi adicionada como aglomerante e fundente para o processo depelotização. O elemento manganês e a Si02 formam um composto cujo ponto defusão é da ordem de 1.274 °C.
As FOTOS 1A e 1B apresentam os equipamentos de cominuição utilizadossegundo a invenção: moinho (A) e prensa de rolos bancada/piloto (B), utilizadospara cominuição de minérios e fundentes.
Exemplo 1 - Pelotamento e queima de minérios de manganês em escala piloto -Processo "Traveling Grate"
As matérias-primas usadas no estudo foram o minério de manganêsdenominado de MF15 da mina do Azul (Carajás/PA), calcário calcítico do Norte ebentonita da índia. A TABELA 3 a seguir apresenta as análises químicas dosmateriais utilizados:
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TABELA 4 - Análises químicas das matérias primas
Na etapa de produção de pelotas cruas foi utilizado um alimentador decorreia de velocidade regulável, um disco de pelotamento com 01 (um) metro dediâmetro, inclinação de 45°, velocidade de 19 rpm e com um sistema de dosagemde água por spray (FOTO 2)
A inclinação do disco foi alterada algumas vezes (de 45° para 43°) para queas pelotas produzidas atingissem diâmetros na faixa de 10 a 20 mm em função domaior tempo de residência. Esta atividade teve como finalidade garantir que aspelotas, após a etapa de queima, se mantivessem na faixa entre 8 e 18 mm emfunção da contração do minério por desidratação, observada em teste de bancada,nas etapas de secagem e calcinação das pelotas cruas.
Para a caracterização das pelotas cruas, representadas na FOTO 3, foramrealizados os ensaios de resistência à compressão das pelotas cruas úmidas esecas e número de quedas (resiliência), ensaios utilizados para avaliar aperformance das pelotas cruas ao simular as etapas de manuseio na classificação(peneiramento de pelotas cruas), transporte e transferências até o forno de queima.Os resultados são apresentados na TABELA 4 a seguir:
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TABELA 5 - Qualidade física da pelota crua.
Após a produção das pelotas cruas, as mesmas passaram por umpeneiramento nas malhas de 8, 10, 12.5, 16, 18, e 20 mm para avaliação dadistribuição granulométrica.
Os materiais passantes na malha de 10 mm e os retidos na malha de 20 mmforam descartados e o da faixa entre 10 e 20 mm, foram misturados para formaçãoda carga de pelotas cruas a ser processadas termicamente em forno piloto dequeima do tipo Pot Grate.
A FIGURA 6 e a FOTO 4 representam um desenho esquemático, onde osnúmeros remissivos representam, respectivamente: (3) topo; (4) meio; (5) fundo; (6)forramento e os números indicam (1) Camada de forramento (10 cm) e (2) Camadalateral (2 cm) e foto do forno de queima das pelotas. Dados relativos a esteequipamento são apresentados abaixo:
Forno de queima Pot-Grate:
Diâmetro interno 30 cm
Diâmetro externo 40 cm
Altura 50 cm
Revestimento de refratário placas de material sílico-aluminoso
Altura de camada de forramento 10 cm
Pressão do ar variável
Vazão de ar variável
Faixa de temperatura 0o C a 1.350° C
Na montagem do Pot Grate utilizou-se como camada de forramento pelotasqueimadas de minérios protegidas com um grelha/tela de aço e para a camadalateral foram utilizadas esferas de porcelana de 6 mm.
As pelotas cruas foram carregadas no forno, o qual foi fechado, e foi feita aconexão dos termopares. Durante o carregamento do forno foi elaborado oprograma de queima, onde é determinado o perfil térmico a ser executado para queas pelotas cruas possam passar pelas etapas de secagem ascendente, secagemdescendente, pré-queima, queima, pós-queima e resfriamento sem que ocorra ageração de trincas que provoca a degradação das pelotas.
Ao término da fase de resfriamento as pelotas queimadas produzidas foramdescarregadas, separadas das esferas de porcelanas, homogeneizadas,quarteadas e, encaminhadas para os ensaios físicos de resistência a compressão eabrasão, e análise química.
Foram realizadas, em laboratórios, análises químicas das pelotasqueimadas produzidas, mostradas na TABELA 5 a seguir:<table>table see original document page 16</column></row><table>
TABELA 6 - Composição química da pelota queimada.
Os parâmetros de qualidade física da pelota queimada avaliados foram aResistência à Compressão (RC), atingindo o valor de 269 daN/pelota, e o índice deAbrasão (IA), com 1,4% passante na malha de 0,5 mm.
Para a realização dos ensaios de avaliação da qualidade das pelotas deminérios de manganês foram utilizadas normas e metodologias ISO (InternationalStandardization for Organization) para minérios de ferro.
Exemplo 2 - Pelotamento e queima de minérios de manganês em escala debancada - Processo "Steel Belt"
As análises químicas dos finos de minério de manganês foram realizadasprincipalmente pelos métodos químicos a úmido, FAAS (absorção atômica), ICP(plasma) e um analisador Leco enxofre-carbono. A perda ao fogo foi medida emuma atmosfera N2 a 1100oC.
A análise química está apresentada na TABELA 6.
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1) Perda ao fogo
TABELA 7 - Composição química do minério de Mn.A calcita foi utilizada nos testes como fundente. A composição da calcita eracomo segue: 49.6 % CaO e 43.0 % perda ao fogo.
O teste de pelotização foi realizado em um disco de laboratório com umdiâmetro de 400 mm (FOTO 5). A mistura para a pelotização consistiu de finos deminério de manganês, calcita e bentonita, os quais foram inicialmente misturadosmanualmente e posteriormente em um misturador-V (V mixer) de laboratório por 60minutos. A porção misturada foi alimentada manualmente no disco. Durante aalimentação da mistura no disco, água é alimentada por spray de forma controladapara a formação das pelotas. O diâmetro médio desejado de pelota era de 12 mm.Após o teste de pelotização, foram medidos os diâmetros e a resistência àcompressão das pelotas úmidas e secas. A umidade das pelotas úmidas foi entãocalculada.Os testes de sinterização foram realizados em um forno de indução(FIGURA 7). As pelotas foram carregadas em um cadinho de alumina de 110 ml. Ocadinho de alumina foi colocado no interior de um cadinho maior de grafita, e esseconjunto foi colocado no interior de um forno de indução. O cadinho de grafita foicoberto previamente com uma tampa. Ar foi injetado dentro do cadinho de teste e atemperatura do sistema continuamente medida. As pelotas foram aquecidas emescala de laboratório de acordo com o perfil desejado de temperatura. A meta pararesistência à compressão era de 200 kg/pelota (adequado para um tamanho de 12mm). As temperaturas registradas estão apresentadas na FIGURA 8.
Os resultados dos testes de pelotização estão apresentados na TABELA 7.
Fotografias das pelotas úmidas e secas estão apresentadas nas FOTOS 6A e 6B.
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TABELA 8 - Qualidade física da pelota crua.
No teste de sinterização, as pelotas foram aquecidas de acordo com perfisdefinidos de temperatura, os quais descrevem em escala de laboratório asinterização no transportador metálico. As condições reais de sinterização serãopesquisadas em testes por batelada em escala piloto em uma próxima etapa. Ameta de resistência à compressão de 200 kg/pelota (pelota com 12 mm dediâmetro) foi alcançada a 1.300°C. A resistência à compressão chegou a 300kg/pelota a 1350X. Fotos das pelotas sinterizadas a 1300°C estão apresentadasna FOTO 7.
Exemplo 3 - Pelotamento e queima de minérios de manganês em escala debancada - Processo "Grate Kiln"
As composições químicas do minério de manganês e insumos usados nesteestudo são apresentadas nas TABELAS 9 a 11,
<table>table see original document page 17</column></row><table>
TABELA 9 - Qualidade química do minério de Mn.
<table>table see original document page 17</column></row><table>TABELA 10 - Qualidade química da bentonita.
<table>table see original document page 18</column></row><table>
TABELA 11 - Qualidade química do calcário calcítico.
As pelotas cruas foram fabricadas em disco de pelotamento (FOTO 8) àpartir de misturas de minério de manganês, calcário e bentonita, e o efeito dediversos parâmetros sobre a qualidade da pelota crua foram avaliados. A seguir sãoapresentados os parâmetros de processo considerados nessa etapa da avaliação:
Condições de pelotamento: tempo de pelotamento e compactação;
Dosagem de bentonita;
- Granulometria do calcário;
- Dosagem de carvão.
Os resultados destas avaliações são mostrados nas TABELAS 12 a 14:
<table>table see original document page 18</column></row><table>
TABELA 12 - Efeitos de tempo de pelotamento e compactação e dosagem debentonita sobre a qualidade da pelota crua.
<table>table see original document page 18</column></row><table>
TABELA 13 - Efeitos da basicidade sobre a qualidade da pelota crua.<table>table see original document page 19</column></row><table>
TABELA 14 - Efeito da adição de carvão sobre a qualidade da pelota crua.
A partir destes resultados pode-se concluir que:
- Os parâmetros de pelotamento mais adequados seriam adições debentonita entre 1,4 e 1,5%, umidade entre 14 e 15% e tempo depelotamento da ordem de 12 minutos. Nestas condições, o número dequedas foi de 50, a temperatura de choque térmico foi maior do que 400°C ea resistência à compressão da pelota crua úmida foi maior do que 10N/pelota;
O aumento da basicidade implicou em aumento do número de quedas e daresistência à compressão da pelota crua úmida, no entanto houve tambémqueda acentuada na temperatura de choque térmico. Por outro lado, oaumento da adição de carvão afetou de maneira significativa a resistência àcompressão da pelota crua úmida.
As pelotas cruas foram queimadas em forno vertical (FOTO 9) e nesta etapaforam avaliados os efeitos dos seguintes parâmetros sobre a resistência àcompressão da pelota queimada:
- Condições de pré-queima, tempo e temperatura;
- Condições de queima, tempo e temperatura;Basicidade binaria;
- Adição de carvão.
Os resultados destas avaliações são mostrados nas TABELAS 15 a 18:
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1 - Tempo de pelotamento e compactação de 12 e 2min, respectivamente, e taxa de aquecimento normal.
2 - Tempo de pelotamento e compactação de 7 e 2 min, respectivamente, e taxa de aquecimento baixa.
3 - % < 0,044 mm = 60%.
TABELA 15 - Efeitos da temperatura e tempo de pré-queima sobre a qualidade dapelota queimada
<table>table see original document page 20</column></row><table>
1 - Tempo de pelotamento e compactação de 12 e 2min, respectivamente, e taxa de aquecimento baixa.
2 - Tempo de pelotamento e compactação de 7 e 2 min, respectivamente, e taxa de aquecimento baixa.
3 - Tempo de pelotamento e compactação de 7 min e taxa de aquecimento baixa.
4 - % < 0,044 mm = 60%.
TABELA 16 - Efeito da temperatura de queima sobre a qualidade da pelotaqueimada
<table>table see original document page 20</column></row><table>
1 - Tempo de pelotamento e compactação de 12 e 2min, respectivamente, e taxa de aquecimento baixa.
2 - Tempo de pelotamento e compactação de 7 e 2 min, respectivamente, e taxa de aquecimento baixa.
3 - % < 0,044 mm = 60%.
TABELA 17 - Efeito do tempo de queima sobre a qualidade da pelota queimada
<table>table see original document page 20</column></row><table><table>table see original document page 21</column></row><table>
TABELA 18 - Efeito da basicidade sobre a qualidade da pelota queimada
<table>table see original document page 21</column></row><table>
TABELA 19 - Efeito da adição de carvão e temperatura de pré-queima sobre aqualidade da pelota queimada.
A partir destes resultados pode-se concluir que:
(1) As condições de pré-aquecimento da pelota crua são muito importantes para seobter pelotas pré-queimadas de boa qualidade. Quando as pelotas cruas foramproduzidas com minério com 60% menor que 0,044 mm, 1,5% de bentonita,tempo de pelotamento de 7 min e de compactação de 2 min. e temperatura etempo de pré-queima foram de 1010 °C e 10 min, respectivamente, foi possívelproduzir pelotas pré-queimadas com resistência à compressão da ordem de600N;
(2) A resistência à compressão da pelota queimada atingiu cerca de 600N na pré-queima e 2600N na queima, quando a temperatura e tempo de processamentoforam de 1010 °C e 10 min, na pré - queima, e de 1337 °C e 15 min, na queimarespectivamente;
(3) A resistência à compressão da pelota queimada pode ser melhoradadrasticamente com adição de calcário calcítico e basicidade variando de 0,3 a1,1 nas condições de queima citadas no item 2;
(4) A adição de carvão afeta de maneira negativa a resistência à compressão dapelota queimada.
Claims (19)
1. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO caracterizado pelo fato deque compreende as etapas de:(a) preparação granulométrica do minério através da classificação e dominério em função do tamanho de suas partículas, sendo mantidas noas partículas de tamanho menor ou igual a 1 mm, do processamento defração de partículas de minério de modo a apresentar tamanho menorou igual a 1 mm e da cominuição destas partículas;(b) adição de fundente;(c) adição de aglomerante;(d) pelotização resultando em pelotas cruas;(e) processamento térmico através da secagem, pré-aquecimento eaquecimento das pelotas cruas.
2. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser aplicado a qualquer minériode manganês mais oxidado e minérios de outros metais de mesmo tipo comdistribuição granulométrica específica.
3. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que antes da etapa depreparação granulométrica do minério ocorre a etapa de secagem dominério de modo que a umidade seja de no máximo 9%.
4. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no processo de cominuiçãoda etapa de preparação granulométrica são empregadas operações debritagem e prensagem em função do tamanho das partículas do minério.
5. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 4, caracterizado pelo fato de que na etapa de preparaçãogranulométrica do minério, uma fração de minério de manganês comtamanho de partícula maior ou igual a 1.0 mm é tratada em prensa de rolos.
6. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao final da etapa depreparação as partículas de minério apresentam superfície específica entre-800 a 2000 cm2/g.
7. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao final da etapa depreparação as partículas de minério apresentam granulometria na faixa de-40 a 60 % em massa do material passante em uma malha de 0,044 mm.
8. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fundente adicionado naetapa de adição de fundente ser calcário calcítico, ou dolomítico, oulimonítico, ou suas misturas, ou outras fontes de MgO.
9. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aglomerante adicionado naetapa de adição de aglomerante ser escolhido entre o grupo consistindo debentonita, cal hidratada, carboxi-metil-celulose (CMC), ou suas misturas.
10. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de ser empregado de 0,5% a 2%em massa, em relação à massa total, de bentonita.
11. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de ser empregado de 2% a 3% emmassa, em relação à massa total, de cal hidratada.
12. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de ser empregado de 0,05% a- 0,10% em massa, em relação à massa total, de carboxi-metil-celulose(CMC).
13. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao final da etapa depelotização são formadas pelotas cruas com resistência de no mínimo 1 e 2Kg/pelota, respectivamente, e resiliência de pelo menos 5 quedas.
14. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato a etapa de processamento térmicodas pelotas cruas ocorre em forno tipo, "traveling grate", "grate kiln" ou "steelbelt".
15. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 14, caracterizado pelo fato da etapa de processamentotérmico apresentar temperatura máxima na faixa de 1.280 a 1.340 °C.
16. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PELOTAS DE MANGANÊS A PARTIRDE MINÉRIO DE MANGANÊS NÃO CALCINADO, de acordo com areivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o tempo total da etapa deprocessamento térmico estar na faixa de 34 a 42 minutos.
17. AGLOMERADO DE FERRO-MANGANÊS caracterizado pelo fato de serobtido segundo processo definido nas reivindicações 1 a 16.
18. AGLOMERADO DE FERRO-MANGANÊS, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de apresentar diâmetro médio entre 8 e 18 mm.
19. AGLOMERADOS DE FERRO-MANGANÊS, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de apresentar resistência à compressão de nomínimo 250 daN/pelota.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: VALE S.A (BR/RJ) |
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| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] |
Free format text: INDEFIRO O PEDIDO DE ACORDO COM O(S) ARTIGO(S) 8O E 13, 22 E 25 DA LPI |
|
| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] | ||
| B25M | Entry on limitation or onus of patent assignment [chapter 25.13 patent gazette] |
Owner name: VALE S.A (BR/RJ) Free format text: ANOTACAO DE LIMITACAO OU ONUSREFERENCIA: PROCESSO SINPI/SEI 52402.005510/2018-81 FICA ANOTADA A INDISPONIBILIDADE DA REFERIDA PATENTE, DE ACORDO COM O ART. 59, II, DA LPI,CONFORME DETERMINADO PELO MM. JUIZ FEDERAL DA 27A VARA FEDERAL. CONFORME A MESMADETERMINACAO NAO SERA POSSIVEL A TRANSFERENCIA DESTA, SALVO A AUTORIZACAO DESSE JUIZO. |
|
| B25M | Entry on limitation or onus of patent assignment [chapter 25.13 patent gazette] |
Owner name: VALE S.A (BR/RJ) Free format text: ANOTACAO DE LIMITACAO OU ONUSREFERENCIA: PROCESSO SINPI/SEI 52402.005792/2018-17 CONFORME DETERMINADO PELA MMA. JUIZA FEDERAL MARIA ADNA FAGUNDES VELOSO DA 15A VARA NA TITULARIDADE DA 27A VARA FEDERAL, FICA ANOTADO CANCELAMENTO PROVISORIO DA INDISPONIBILIDADE PUBLICADA NA RPI 2491 DE 02/10/2018, DE ACORDO COM O ART. 59, II, DA LPI. |
|
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 21/11/2018, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
|
| B21F | Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time |
Free format text: REFERENTE A 16A ANUIDADE. |
|
| B24J | Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12) |
Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2785 DE 21-05-2024 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |