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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS UFG REGIONAL CATALÃO ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS KLEBER SILVA MACEDO AGLOMERAÇÃO DE FINOS DA LIGA FERRO NIÓBIO POR BRIQUETAGEM CATALÃO 2014

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG

REGIONAL CATALÃO

ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS

KLEBER SILVA MACEDO

AGLOMERAÇÃO DE FINOS DA LIGA FERRO NIÓBIO POR

BRIQUETAGEM

CATALÃO

2014

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KLEBER SILVA MACEDO

AGLOMERAÇÃO DE FINOS DA LIGA FERRO NIÓBIO POR BRIQUETAGEM

Orientador: Prof. Dr. André Carlos Silva

CATALÃO/GO MAIO, 2014

Monografia apresentada ao

curso de pós-graduação em

Tratamento de Minérios da

Universidade Federal de

Goiás – UFG, como requisito

parcial para obtenção do

título de Especialista em

Tratamento de Minérios.

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FICHA CATALOGRÁFICA

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Kleber Silva Macedo

AGLOMERAÇÃO DE FINOS DA LIGA FERRO NIÓBIO POR BRIQUETAGEM

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Goiás

– UFG, como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em

Tratamento de Minérios.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________

André Carlos Silva

Universidade Federal de Goiás - UFG

_________________________________________

Elenice Maria Schons Silva

Universidade Federal de Goiás - UFG

_________________________________________

Daniel Gonçalves

Universidade Federal de Goiás - UFG

Aprovado em ___/___/___

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Dedico este trabalho à minha família,

principalmente à minha esposa, uma

mulher maravilhosa, os quais foram

enviados por Deus para me ajudar a

evoluir pessoalmente e

profissionalmente.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus por ter me guiado em cada escolha que fiz

durante toda minha vida, por ter iluminado meus passos nos momentos de

dificuldades e incertezas, pelos momentos de alegrias e conquistas que vivi ao

longo da minha carreira profissional.

Agradeço à minha esposa Francielma de Matos Feitosa Macedo, pelo apoio

incondicional, aos meus pais, Maria Cleide Silva Macedo e José Sousa

Macedo, minhas irmãs, Kátia Silva Macedo e Fabiane Silva Macedo por

estarem sempre ao meu lado, significando um pilar fundamental em minha

vida.

Agradeço ao professor Dr. André Carlos Silva, pela excelente orientação dada

à elaboração deste trabalho, à paciência, dedicação e atenção.

Agradeço aos membros da banca examinadora, pela presença e atuação neste

trabalho, com correções, sugestões, comentários e críticas, que o aprimoraram.

Agradeço ao Gerente de Produção Joselito Dásio da Silva pela autorização e

oportunidade de apresentar este tema como o presente trabalho de conclusão

de curso.

Agradeço o Negócio Nióbio Anglo American por conceder a publicação dos

dados contidos neste trabalho.

A todos os meus sinceros agradecimentos!

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“O sucesso nasce do querer, da

determinação e persistência em se chegar a

um objetivo. Mesmo não atingindo o alvo,

quem busca e vence obstáculos, no mínimo

fará coisas admiráveis.”

(José de Alencar)

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RESUMO

O Negócio Nióbio Anglo American (AANb) tem a sua produção destinada ao

mercado externo, ofertando apenas a liga ferro nióbio. Na primeira etapa do

processo de produção, o minério é lavrado e estocado em pilhas, que

posteriormente são enviados ao circuito de britagem que alimenta a usina de

concentração mineral, onde se obtém o concentrado, por flotação. Este

concentrado é transferido para a etapa de lixiviação, que é enviado para a

metalurgia para transformação em liga ferro nióbio. Dentre todas estas etapas,

a britagem de liga apresenta uma geração de finos da liga ferro nióbio em torno

de 26% (produto abaixo de 10 mm), o que comprometeu aproximadamente

1.139 t na produção do ano 2013. Estes finos são provenientes da classificação

realizada pelas peneiras vibratórias, pela movimentação do material nas

correias transportadoras, pelo enchimento dos silos de armazenagem, pelo

reprocessamento de produto fora de especificação, e, principalmente através

do processo de cominuição dos britadores de mandíbulas. Os produtos nesta

faixa de tamanho apresentam uma perda significativa no mercado de ferro

nióbio. Diante deste cenário, observou-se a necessidade de elaborar um

estudo que viabilizasse tecnicamente a transformação dos finos da liga ferro

nióbio em briquetes com tamanhos e qualidades químicas semelhantes aos

produtos acima de 10 mm. Para tanto, foram utilizados três faixas

granulométricas: de 3 a 10 mm (A), de 1 a 5 mm (B) e abaixo de 2 mm (C). No

processo de briquetagem, além dos finos de ferro nióbio foi também utilizado o

aglutinante orgânico (estearato de zinco), o pó de ferro e água, que por sua

vez, passaram por testes, até que fosse obtido um resultado satisfatório. O

teste n° 3 que contém uma proporção de 1/3 de cada porção de finos, 3% de

aglutinante, 2% de pó de ferro e 1% de água, foi o experimento que obteve

sucesso nos resultados físico-químico do briquete de ferro nióbio, atingindo

teor de nióbio acima de 62% e os teores de contaminantes abaixo da

especificação da liga ferro nióbio padrão.

Palavras-chave: Finos de ferro nióbio, briquetes, estearato de zinco, pó de

ferro.

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ABSTRACT

The Business Niobium Anglo American (AANB) has its production for the

foreign market, offering only iron niobium alloy. In the first stage of the

production process, the ore is mined and stored in batteries, which are

subsequently sent to the crushing circuit that feeds the plant mineral

concentration, where it gets the concentrate by flotation. This concentrate is

transferred to the leaching step, which is sent for processing in metallurgy ferro

niobium. Among all these steps of crushing the alloy has a generation of fine

iron alloy niobium around 26% (product below 10 mm), about 1.139 T

committed to the production of 2013. These fines are carried from the

classification by vibrating screens, material handling by on conveyor belts, the

filling of silos, the reprocessing of off-spec product, and mainly through the

comminution process of jaw crushers. The products in this size range exhibit a

significant loss of iron in the niobium market. Given this scenario, there is a

need to conduct a study which technically make feasible the processing of thin

ferro niobium into briquettes with similar sizes and chemical qualities of the

products above 10 mm. From 3 to 10 mm (A), from 1 to 5 mm (B) and below 2

mm (C): For this purpose, three size ranges were used. In the briquetting

process, and the fine iron niobium was also used organic binder (zinc stearate)

iron powder and water, which in turn passed through testing, until a satisfactory

result was obtained. Paragraph 3 test that contains a ratio of 1/3 portion of each

fine, 3% binder, 2% iron powder and 1% water, was the experiment that

succeeded in physico-chemical results of briquette iron niobium, niobium

content reaching over 62% and the levels of contaminants below the standard

specification of ferro niobium.

Keywords: Fines iron niobium, briquettes, zinc stearate, iron powder.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Produção de nióbio no Brasil. ......................................................... 21

Figura 2 - Cenário da produção brasileira de ferro nióbio. .............................. 22

Figura 3 - Exportação brasileira de ferro nióbio. .............................................. 23

Figura 4 - Países importadores de ferro nióbio................................................ 24

Figura 5 - Evolução do preço do ferro nióbio versus a produção. ................... 25

Figura 6 – Etapas de resfriamento, limpeza e fragmentação dos botões da liga

ferro nióbio, antes da etapa de britagem e classificação da liga. ..................... 27

Figura 7 – Etapa de britagem, classificação e armazenamento da liga ferro

nióbio. ............................................................................................................... 28

Figura 8 - Etapa de embalagem da liga ferro nióbio. ....................................... 30

Figura 9 - Britador de mandíbulas de um eixo. ................................................ 32

Figura 10 - Peneira vibratória inclinada “M” modelo 30012/3A. ....................... 33

Figura 11 - Ilustração do processo de briquetagem por compressão simétrica

por ambas às faces. ......................................................................................... 38

Figura 12 - Briquetes produzidos pela prensa hidráulica da Tecnobriq. .......... 40

Figura 13 - Dimensões dos briquetes de ferro nióbio. ..................................... 41

Figura 14 - Fluxograma da metodologia de fabricação dos briquetes. ............ 47

Figura 15 - Ilustração da prensa briquetadeira hidráulica disponibilizada pela

Hoganas para realização dos testes. ............................................................... 48

Figura 16 - Aspectos dos coprodutos: (A) 3 a 10mm, (B) 1 a 5 mm e (C) abaixo

de 2 mm. .......................................................................................................... 50

Figura 17 - Curvas granulométricas dos coprodutos. ...................................... 52

Figura 18 - Briquetes produzidos na formulação do teste 1. ........................... 54

Figura 19 - Briquetes produzidos no teste 2. ................................................... 56

Figura 20 - Briquetes produzidos nos testes 3. ............................................... 58

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Reserva e produção mundial. ......................................................... 21

Tabela 2 - Reserva e produção por empresa................................................... 22

Tabela 3 - Principais aplicações no nióbio. ...................................................... 26

Tabela 4 - Tipos diferentes de aglutinantes. .................................................... 42

Tabela 5 - Proporção de finos de ferro nióbio selecionado. ............................. 44

Tabela 6 - Características do estearato de zinco. ............................................ 46

Tabela 7 - Características do pó de ferro. ........................................................ 46

Tabela 8 - Análise granulométrica dos coprodutos A, B e C. ........................... 51

Tabela 9 - Caracterização química dos coprodutos. ........................................ 52

Tabela 10 - Resultados das análises químicas do teste 01. ............................ 53

Tabela 11 - Resultado das dimensões dos briquetes nos testes 1. ................. 53

Tabela 12 - Resultado da análise química do teste 2. ..................................... 55

Tabela 13 - Resultado das dimensões dos briquetes no teste 2...................... 55

Tabela 14 - Resultado da análise química dos testes 3. .................................. 56

Tabela 15 - Resultado da análise química do teste 3 após oxidação. ............. 57

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 14

2. OBJETIVOS .............................................................................................. 17

2.1 Objetivo geral ............................................................................................... 17

2.2 Objetivos específicos .................................................................................... 17

3. JUSTIFICATIVA ........................................................................................ 18

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................... 19

4.1 História do Nióbio ......................................................................................... 19

4.2 Reservas de Nióbio ...................................................................................... 20

4.3 Principais empresas no Brasil exportadoras de ferro nióbio .......................... 22

4.4 Mercado do Nióbio ........................................................................................ 23

4.5 Aplicações da liga ferro nióbio ...................................................................... 25

4.6 Britagem da liga ferro nióbio ......................................................................... 27

4.7 Geração de finos na etapa de britagem da liga ferro nióbio .......................... 30

4.7.1 Britadores de Mandíbulas ...................................................................... 31

4.7.2 Peneira Vibratória .................................................................................. 32

4.8 Briquetagem ................................................................................................. 34

4.8.1 Histórico da briquetagem ....................................................................... 34

4.8.2 Briquetagem no Brasil ........................................................................... 34

4.8.3 Conceitos da briquetagem ..................................................................... 35

4.8.4 Processo de briquetagem ...................................................................... 37

4.8.5 Tipo de briquetes produzidos ................................................................. 40

4.8.6 Briquetagem com aglutinantes .............................................................. 41

5. METODOLOGIA ........................................................................................ 43

5.1 Finos de ferro nióbio ..................................................................................... 43

5.2 Seleções dos finos de ferro nióbio ................................................................ 43

5.3 Caracterização dos finos de ferro nióbio ....................................................... 44

5.4 Caracterização dos briquetes de ferro nióbio ................................................ 45

5.5 Materiais utilizados na fabricação dos briquetes ........................................... 46

5.6 Metodologia para fabricação dos briquetes .................................................. 46

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................ 49

6.1 Caracterizações dos finos de ferro nióbio ..................................................... 49

6.2 Fabricação e composição dos briquetes ....................................................... 52

7. CONCLUSÃO ............................................................................................ 59

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8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................ 60

9. REFERÊNCIAS ......................................................................................... 61

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1. INTRODUÇÃO

O nióbio, metal refratário de cor prateada-clara, dúctil, de número atômico 41,

tem sido largamente aplicado na engenharia moderna. As razões para sua

crescente aceitação baseiam-se em três importantes fatores: versatilidade,

vantagens econômicas e disponibilidade de suprimento no longo prazo. Assim,

o nióbio é tido como um elemento químico de transição, usado principalmente

em ligas de aço para a produção de tubos condutores de fluidos.

O referido metal é empregado na fabricação de alguns aços inoxidáveis e em

outras ligas de metais não ferrosos. Estas ligas, devido à resistência

proporcionada pela adição do nióbio, são geralmente utilizadas para a

fabricação de tubos transportadores de água, gás e petróleo a longas

distâncias. O nióbio é versátil, seus usos atuais incluem desde sua composição

na fabricação de aços estruturais e aços para indústria automotiva e até

materiais para motores a jato e turbinas a gás. Encontra ainda importantes

aplicações em ligas metálicas para indústrias químicas, em aços inoxidáveis e

em uma variedade de materiais resistentes ao calor e à corrosão.

Neste sentido, a liga ferro nióbio, geralmente com um teor médio de 66% de

Nb, responde por cerca de 90% do consumo do elemento ao redor do mundo.

Seu consumo é fortemente influenciado por projetos associados à construção

de gasodutos e oleodutos.

O Negócio Nióbio Anglo American (AANb), antiga Mineração Catalão, é uma

das maiores companhias de mineração do mundo, com sede no Reino Unido e

capital aberto em Londres e Joanesburgo. O portfólio abrange empresas de

mineração de metais preciosos e minerais, é líder global em platina e

diamantes, produtora de metais básicos como: cobre, nióbio e níquel e outras

commodities, como fosfato, minério de ferro, carvão metalúrgico e carvão

térmico. As operações de mineração da empresa e sua carteira de projetos

estão localizadas na África do Sul, América do Sul, Austrália, América do Norte

e Ásia.

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No Brasil, o grupo Anglo American iniciou suas atividades no ano 1973,

possuindo operações de níquel, minério de ferro, nióbio e fosfato, sendo que a

AANb, localizada nos municípios de Ouvidor e Catalão/Goiás, começou sua

produção somente em 1976. Com lucro operacional de 67 milhões de dólares e

vendas de 4.100 toneladas no ano 2013, esta unidade é uma das três maiores

produtoras de nióbio no mundo, exportando o seu produto para as principais

siderúrgicas da Europa, América do Norte e Ásia.

As atividades da indústria metalúrgica e de transformação podem gerar vários

tipos de resíduos metálicos e/ou co-produtos. As iniciativas para a recuperação

destes resíduos metálicos existentes nos processos de despoeiramento,

peneiramento, cominuição e transporte e manuseio gerados pelas indústrias já

vem de longa data. No início, restringiam-se aos metais preciosos, ouro, prata

e platina. Após, outros segmentos aumentaram esta gama de materiais, como

por exemplo, os metais não ferrosos, tais como, estanho, cobre, nióbio e

níquel. Atualmente, a necessidade de recuperação destes metais é motivada

pelo aumento da produção sem perda da qualidade. Assim, várias indústrias

passaram a investir em novas alternativas para solucionar os problemas

decorrentes da sua geração e disposição.

Os co-produtos, materiais abaixo de 10 mm, são produzidos nos processos de

britagem, peneiramento, manuseio e blendagem. Conforme a quantidade e

qualidade dos botões de ligas produzidos, o volume de geração deste material

pode ser bastante elevado. Na linha de produção do ferro nióbio, a etapa de

fragmentação e classificação pode gerar cerca de 95 t/mês, o que representa

cerca de 26% da produção.

Os principais co-produtos do processo de cominuição classificam-se,

basicamente, em três faixas granulométricas: de 3 a 10 mm (A), de 1 a 5 mm

(B) e abaixo de 2 mm (C).

Apesar do volume gerado e do seu teor em nióbio metálico, estes finos

provenientes das etapas anteriormente mencionadas, apresentam ainda

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perdas significativas no processo de reintrodução na etapa de fusão,

inviabilizando esta alternativa.

A utilização destes finos no processo produtivo de aço, via forno elétrico a arco,

também apresenta perdas, o que ocorre devido à sua rápida oxidação,

transportando o nióbio para a escória, e, consequentemente, reduzindo seu

rendimento metalúrgico.

Na busca de um conceito de produção mais eficiente no requisito de aumento

na incorporação de nióbio no banho metálico, o estudo da possibilidade de

utilização destes finos aglomerados (briquetagem) como insumo configura-se

como uma alternativa bastante atraente.

Neste sentido, faz-se importante esclarecer que a briquetagem consiste na

aglomeração de partículas finas por meio de pressão, com auxílio ou não de

aglomerante, permitindo a obtenção de um produto compacto (SAMPAIO et alii,

2007).

Quando é verificado que o material a ser aglomerado não possui resistência à

compressão e ao impacto, utilizam-se aglutinantes no processo de

briquetagem, sendo que no presente estudo utilizamos o estearato de zinco

(Zn(C18H35O2)2) como aglutinante. As pressões empregadas são normalmente

definidas de acordo com cada tipo de matéria, geralmente são baixas para

evitar uma nova fragmentação das partículas. As forças responsáveis para

coesão das partículas após a compactação devem assegurar que a distância

entre os cristais tornem-se a menor possível. É comum, no entanto, a utilização

de lubrificantes, como água e pó de ferro para reduzir atritos na operação.

Portanto, o presente estudo situa-se no desenvolvimento da tecnologia de

briquetagem para aglomeração destes finos metálicos, buscando uma solução

para agregar valor nestes co-produtos. A solução proposta é o

desenvolvimento de um briquete com as mesmas características físico-química

dos produtos acima de 10 mm.

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Apresentar a aplicação do processo de briquetagem na aglomeração dos finos

da liga ferro nióbio nas seguintes faixas: de 3 a 10 mm (A), de 1 a 5 mm (B) e

abaixo de 2 mm (C), buscando as especificações químicas e físicas dos

produtos acima de 10 mm comercializado pelo AANb. E, consequentemente, a

briquetagem irá agregar valor ao produto, uma vez que estes finos são co-

produtos com valor menor de mercado.

2.2 Objetivos específicos

Os objetivos específicos deste relatório são:

i. Apresentar o processo de briquetagem e como este é aplicado a

materiais de granulometria fina para transformá-los em corpos coesos,

através da ligação rígida de suas partículas, por meio de mecanismos

físicos e/ou químicos, conferindo-lhe tamanho e forma adequada ao

uso posterior;

ii. Aplicar a briquetagem aos finos da liga ferro nióbio de modo a produzir

briquetes com tamanho e composição química, conforme a

especificação do produto comercializado pelo Negócio Nióbio Anglo

American.

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3. JUSTIFICATIVA

Diante da dificuldade encontrada na comercialização dos finos produzidos na

etapa de beneficiamento dos botões de liga ferro nióbio e de sua

desvalorização, percebeu-se a possibilidade, através do processo de

briquetagem, de reverter os problemas apontados.

Para tanto, foi realizado um levantamento dos locais em que produzem os finos

em questão. Neste tocante, os botões da liga ferro nióbio formados no

processo de metalurgia, passam por etapas de fragmentação e classificação

que são realizadas por três britadores de mandíbulas e duas peneiras,

posteriormente sendo o produto armazenado em silos para a preparação dos

lotes para a expedição do produto final.

Nos referidos processos, pode-se perceber ainda que na transferência destes

produtos em correias transportadoras e em seu armazenamento há uma

geração de finos em razão da queda dos mesmos.

Ademais, o processo de blendagem também contribui para a geração de finos,

sendo que seu reprocessamento acontece num ponto específico do

beneficiamento para adequação de sua especificação química.

Diante de tais processos, existe uma geração de 26% de materiais abaixo de

10 mm. As faixas granulométricas A, B e C, fazem parte de uma gama de

produtos ofertados pelo Negócio Nióbio Anglo American ao mercado externo

de ferro nióbio. Entretanto, quando por diversos fatores, principalmente a

aplicação e rendimento metalúrgico influenciam na demanda dos produtos, eles

tendem a baixar no mercado, repercutindo diretamente na venda dos mesmos.

Assim, o objetivo da implantação deste processo é promover a aglomeração

destas faixas granulométricas, quais sejam, menores que 10 mm nas mesmas

condições físico-químicas dos produtos maiores 10 mm.

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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 História do Nióbio

Em 1801, O químico inglês Charles Hatchett foi reconhecido oficialmente como

o descobridor do elemento químico nióbio (número atômico 41), sendo que

somente em 1905, o químico alemão W. Von Bolton produziu pela primeira vez

o nióbio em estado puro, o que possibilitou a busca por aplicações para o

elemento.

O nióbio é um sólido metálico, macio, dúctil, de elevado ponto de fusão (um

dos maiores do quadro periódico) que é resistente à corrosão devido à

formação de uma película superficial de óxido, chamada de camada de

passivação. Quando combinado, exibe vários estados de oxidação, sendo o +5

o mais comum. Ao submetê-lo à temperatura ambiente, o metal não reage com

hidrogênio, ar, água ou ácidos, exceto o fluorídrico e sua mistura com o ácido

nítrico. Sob aquecimento, reage com a maioria dos elementos não metálicos,

gerando produtos que frequentemente são intersticiais e não estequiométricos.

Nessas condições, também é resistente ao ataque de bases fundidas, mas não

a ácidos minerais. No entanto, foi somente a partir da década de 1950, com a

corrida aeroespacial durante a Guerra Fria, que o interesse pelo metal e suas

aplicações cresceram exponencialmente (SOUSA et alii, 2013).

As aplicações do nióbio na indústria moderna são principalmente, em aços

microligados ou “HSLA” (high strength low alloy), aços inoxidáveis e superligas,

dentre outras aplicações. O consumo em aços microligados supera 80% da

demanda total de nióbio (DAMASCENO, 2006). Segundo Mendes (2005), os

estudos realizados na Universidade de Sheffield na Inglaterra e na British Steel

nos EUA, tornaram (em 1958) o aço microligado uma realidade industrial

quando a Great Lakes entrou no mercado, com uma série de aços contendo

cerca de 400g de nióbio por tonelada. A adição de nióbio e a fabricação

controlada do aço propiciam o refino da microestrutura, obtendo maior

resistência mecânica, tenacidade, soldabilidade e conformabilidade.

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O metal nióbio é componente de diversos materiais e de equipamentos de

última tecnologia, como tomógrafos, dispositivos óticos e ligas supercondutoras

(DAMASCENO, 2006). As propriedades físico-químicas do nióbio são

semelhantes às do tântalo, por esta razão, eles tendem a ocorrerem juntos na

natureza e separá-los é muito difícil. Neste sentido, um dos métodos de

separação consiste em utilizar metil-isobutil-cetona em meio ácido

(hidrometalurgia). Esse procedimento permite isolar o pentóxido de nióbio

(Nb2O5) que pode ser reduzido pelo alumínio (aluminotermia), gerando nióbio e

óxido de alumínio (SOUSA et alii, 2013).

4.2 Reservas de Nióbio

A descoberta da maior jazida mundial de pirocloro foi localizada no Brasil no

começo da década de 1950, pelo geólogo brasileiro Djalma Guimarães

(SOUSA et alii 2013).

O nióbio é um elemento traço na crosta terrestre, com teores em minérios que

variam entre 0,3 a 1% de Nb2O5, podendo em algumas jazidas no Brasil, atingir

teores excepcionais da ordem de 3% Nb2O5. O pirocloro de fórmula química

(Ca,Na)2(Nb,Ti,Ta)2O6(OH,F,O) e a columbita que é uma mistura isomórfica

entre a niobita que possui a fórmula (Fe,Mn)(TaNb)2O6, são os principais

minerais desse elemento metálico. Atualmente a produção mundial nióbio

(90%) provém essencialmente do pirocloro (MENDES, 2005).

No que se refere ao nióbio, conforme dados do DNPM de 2012, o Brasil é

detentor da maior reserva mundial, estando distribuídas entre os estados de

Minas Gerais, Amazonas e Goiás, sendo aproximadamente 10.565.750 t

(reserva lavrável em pirocloro contido no minério), e, em segundo lugar temos

o Canadá com aproximadamente 200,00 t. O Brasil também é o maior produtor

mundial de nióbio, com produção anual em torno de 82.214 t (referentes à

Nb2O5 contido no concentrado), como pode ser observado na tabela 1.

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21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

3539 40 38 39

58

68

8186

89

63 65

82

Mil

t/an

o

Ano

Produção no Brasil

Tabela 1 - Reserva e produção mundial.

Discriminação Reservas (t) Produção (t)

Países 2012 2010 2011 2012 (%)

Brasil 10.565.750 63.329 64.657 82.214 93,52

Canadá 200.000 4.400 4.630 5.000 5,69

Outros Países nd 520 732 700 0,79

Total 10.765.750 68.249 70.019 87.914 100,00

FONTE: DNPM, 2012.

A figura 1 mostra o desempenho da produção do nióbio no período de 2000 à

2012.

Figura 1 - Produção de nióbio no Brasil.

FONTE: DNPM, 2012.

Pela tabela 2, pode-se notar que a ANNb possui a terceira maior reserva de

nióbio, em torno de 16.000 milhares de toneladas com uma expectativa de vida

da mina de aproximadamente 20 anos. Nota-se ainda a posição privilegiada

das reservas brasileiras, que na maioria são minas a céu aberto, enquanto que

no Canadá, as minas são subterrâneas.

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22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2006 2007 2008 2009 2010 2011

65,88671,676

81,591

48,888

77,24681,860

t/an

o

Ano

Produção brasileira de FeNb

Tabela 2 - Reserva e produção por empresa.

Descrição CBMM Niobec

Anglo

American

Reservas (milhares

toneladas) 500.000,00 45.716,00 16.000,00

Contendo kg Nb2O5/t 18,90 3,20 7,25

Produção 2010 ferro

nióbio 64.535,00 6.522,00 6.164,00

Vida esperada da Mina

(anos) 400+ 40+ 20+

Localização

Araxá / Mina

Gerais

Quebec /

Canadá

Ouvidor /

Goiás

Tipo de mina Céu Aberto Subterrânea Céu Aberto

FONTE: Silveira, 2013.

4.3 Principais empresas no Brasil exportadoras de ferro nióbio

A maior parte da produção interna brasileira de nióbio é voltada para o

mercado externo, conforme ilustra a figura a 2.

Figura 2 - Cenário da produção brasileira de ferro nióbio.

.

FONTE: Anuário Estatístico, 2012.

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23

0

20

40

60

80

2006 2007 2008 2009 2010 2011

59,345

71,856 72,771

45,391

66,948 70,009

t/an

o

Ano

Exportações brasileira de FeNb

A Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração - CBMM é o maior produtor

brasileiro, único fornecedor do mercado doméstico e o maior exportador. As

reservas e a fábrica da companhia estão localizadas na região de Araxá/MG. O

grupo empresarial britânico Anglo American possui reservas e duas plantas de

concentração em Goiás, sendo elas na região de Ouvidor e Catalão. A AANb

disponibiliza todo seu produto para exportação.

4.4 Mercado do Nióbio

Na AANb, os produtos transferidos e comercializados entre a mina e a usina

metalúrgica são os concentrados contendo 58% Nb2O5 e liga ferro nióbio

standard, base 65% Nb contido. No cenário mundial, o Brasil destaca-se como

território detentor de grandes reservas de minério de nióbio de alto teor (cerca

de 94% do total mundial), além de um enorme potencial de recursos a ser

definido, sendo também, o principal produtor e exportador de nióbio.

O produto mais exportado pelo Brasil é a liga ferro nióbio, com mais de 90%

das exportações. Em 2011, o total exportado foi de 70.009 toneladas, conforme

figura 3, com receita para o país de US$ 1,8 bilhão.

Figura 3 - Exportação brasileira de ferro nióbio.

FONTE: Anuário Estatístico, 2012.

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24

30%

20%15%

15%

9%5% 6%

Países Baixos

China

Cingapura

Estados Unidos

Japão

Coréia do Sul

Outros Países

Os principais países importadores da liga ferro-nióbio foram os Países Baixos

(Holanda), China, Cingapura, Estados Unidos, Japão e Coréia do Sul,

conforme figura 4.

Figura 4 - Países importadores de ferro nióbio.

FONTE: Anuário Estatístico, 2012.

O preço do nióbio está diretamente relacionado ao comportamento da

siderurgia e à demanda mundial pelo metal, que por sua vez está associada à

realização de grandes projetos que utilizam aços fortalecidos pelo nióbio, como

gasodutos, refinarias, plataformas de exploração de petróleo, entre outros.

Conforme a figura 5, observa-se que a partir do ano 2007 houve um crescente

aumento de preço do nióbio, o que foi ocasionado em razão da elevada

demanda da indústria siderúrgica chinesa, da realização de novos

investimentos e da renovação dos contratos. Neste sentido, a figura 5 mostra a

evolução dos preços de ferro nióbio no mercado externo comparado com a

produção do mesmo.

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25

35 39 40

38 39 5

8 68 8

1 86 89

63 65 8

2

13,3 13,2 12,8 12,6 12,4 13,5 13,5

22,8

33,0

43,3

34,4

39,8 38,8

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

US$

/kg

Mil

t/an

o

Ano

Produção no Brasil Preço Médio (US$/kg)

Figura 5 - Evolução do preço do ferro nióbio versus a produção.

.

FONTE: DNPM, 2012.

4.5 Aplicações da liga ferro nióbio

O ferro nióbio é uma liga de ferro utilizada para adicionar nióbio aos aços,

conferindo a eles resistência mecânica maior, menor peso e custo reduzido.

Além disso, preserva características desejáveis do aço, tais como

soldabilidade, tenacidade e conformabilidade (SILVEIRA, 2013). Dentre estes

aços, pode-se destacar o Aço de Alta Resistência de Baixa Liga (ARBL) ou, em

inglês, ferrroniobium HSLA.

A quantidade de nióbio necessária para produzir melhorias significativas nas

propriedades mecânicas do produto é mínima. Os aços microligados, assim

denominados, formam um grupo de ARBL, em que geralmente o nióbio

adicionado é de 400 g/t de aço.

Segundo Silveira (2013), os aços microligados são muito utilizados na

construção civil, construção de oleodutos e gasodutos, nas plataformas de

exploração de petróleo em águas profundas, na indústria naval e automotiva.

Cita-se ainda, a utilização desses aços microligados na fabricação de reatores

nucleares e de trilhos ferroviários.

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Destaca-se ainda, outra importante aplicação do nióbio, que é na fabricação de

aços inoxidáveis. Neste grupo, o nióbio garante melhor desempenho em

temperaturas elevadas e contribui para neutralizar o efeito do carbono e do

nitrogênio, garantindo assim maior durabilidade.

O nióbio vem encontrando também bastante campo na produção de superligas

contidas em materiais projetados para funcionar por longos períodos em

atmosfera oxidante e corrosiva a temperaturas acima de 650º C. Essas

superligas combinam níquel, cromo, ferro e nióbio, como a INCONEL 718, mas

podem conter outros elementos e variadas proporções, dependendo com o

aplicativo desejado, sendo elas também utilizadas em equipamentos de

combustão, núcleo de reatores nucleares, peças de foguetes, componentes de

motores a jato e motores militares, na indústria petroquímica entre outros

(DNPM, 2012).

A este propósito, a tabela 3 mostra as principais aplicações do nióbio no mundo

e nota-se que a AANb tem como sua principal aplicação os aços microligados,

aços inoxidáveis e aços resistentes ao calor, representando estas aplicações

em 90% da participação de mercado, para o ferro nióbio standard (60% Nb

contido).

Tabela 3 - Principais aplicações no nióbio.

Produto Produtores Participação

(%) Aplicações Mercados

Ferro nióbio (HSLA FeNb)

60 Nb contido

CBMM Anglo American IAMGOLD/Niobe

c

90.0%

HSLA Aço Inoxidável

Aços Resistentes ao

Calor

Indústria Automotiva Engenharia Pesada e

Infraestrutura Setor

Petroquímico Usinas de Energia

Oleodutos e Gasodutos

Ferro nióbio Vacuo (VG

FeNb) 99% Nb Contido

CBMM 3.0% Superligas

Indústria Aeroespacial

Setor Petroquímico

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27

Nióbio Metálico

e Ligas

50 - 65% Nb Contido CBMM 3.4%

Supercondutores

Aceleradores de Partículas

Ressonância Magnética

FONTE: Silveira, 2013.

4.6 Britagem da liga ferro nióbio

O processo de britagem da liga ferro nióbio se inicia no momento em que a

etapa de fusão (metalurgia) disponibiliza os botões da liga no pátio de

resfriamento, no qual cada botão da liga deve permanecer por

aproximadamente 48 horas ao ar livre a fim de que ocorra seu resfriamento.

Após este período, o botão de liga é encaminhado para o setor de jateamento

de granalha, onde deverá ser realizada a limpeza superficial do botão (remoção

da casca de areia de sílica, utilizada para forração dos cadinhos), conforme

ilustra figura 6.

Figura 6 – Etapas de resfriamento, limpeza e fragmentação dos botões da liga

ferro nióbio, antes da etapa de britagem e classificação da liga.

FONTE: Autoria própria.

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28

Realizada a limpeza do botão, o mesmo é destinado ao martelo pneumático

para primeira fragmentação. A figura 6 mostra este processo de fragmentação,

onde se busca tamanhos inferiores a 80% do topsize da alimentação do

britador primário para evitar obstrução do britador.

As próximas etapas da preparação do produto final possuem mais três estágios

de britagem e dois de classificação, conforme a figura 7.

Figura 7 – Etapa de britagem, classificação e armazenamento da liga ferro

nióbio.

FONTE: Autoria própria.

O transporte da liga fragmentada para a calha vibratória, que, por sua vez,

alimenta o britador primário, é realizado por empilhadeira modelo Hyster 155. O

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29

britador primário BP - 01 modelo 6240 realiza uma redução 3:1, onde seu

produto é transferido, através de correia transportadora, para a classificação na

peneira vibratória primária modelo M-30012/2A, com dois decks de separação,

sendo o 1° deck com abertura de 50 mm ou 30 mm dependo do pedido do

cliente, o 2° deck tem abertura de 20 mm.

Assim, o material retido (oversize) na primeira malha alimenta o britador

secundário BS - 01 modelo 4535 que realiza redução de 5:1, onde seu produto

é transportado pelas correias transportadoras TC-03, TC-04 e TC-02, para

novamente alimentar a peneira vibratória primária. O oversize do segundo deck

alimenta o britador terciário BT - 01 modelo 4230 que realiza redução 8:1, onde

seu produto utiliza a mesma rota do produto do britador secundário. O

undersize da peneira vibratória primária é transportado pela correia elevatória

tipo flexwell para alimentação da peneira vibratória secundária modelo M-

30012/3A, com três decks de separação, sendo o 1° deck com abertura de 10

mm, 2° deck com abertura de 3 mm e o 3° deck com abertura de 2 mm. O

oversize do 1° deck abastece os silos 02 e 03, através da correia

transportadora TC-05, na faixa granulométrica de 10 a 30 ou 10 a 50 mm.

O oversize do 2° deck abastece os silos 06 a 09, utilizando as correias

transportadoras TC - 06 e TC - 07, na faixa granulométrica de 3 a 10 mm. O

oversize do 3° deck abastece o silo 04 através de uma calha, na faixa

granulométrica de 2 a 3 mm. O undersize da peneira vibratória abastece os

silos 01 e 05 também utilizando uma calha com bifurcação no sentido dos silos,

alimentando os dois simultaneamente, com material na faixa granulométrica de

0 a 2 mm. Todos os silos de armazenamento possuem capacidade de 30 t.

Atualmente, a etapa de britagem de liga ferro nióbio possui uma geração de

finos (abaixo de 10 mm) em torno de 95 t/ano, o que representa 26% da

produção.

A formação dos lotes de ferro nióbio é realizada através do processo de

blendagem, no qual se utiliza os silos de armazenamento 01 a 09 através da

correia transportadora TC – 08. Este processo busca o atendimento total de

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todas as características químicas e físicas solicitadas nos pedidos dos clientes.

A correia elevatória EL - 02 (flexwell) transporta o material blendado para o silo

de embalagem, onde será realizado o condicionamento do material em big

bag’s de 1 t, latas de 200kg ou latas de 20kg, conforme demonstrado na figura

8. Posteriormente, o material é etiquetado, embalado e despachado para o

cliente.

Figura 8 - Etapa de embalagem da liga ferro nióbio.

FONTE: Autoria própria.

4.7 Geração de finos na etapa de britagem da liga ferro nióbio

Quando uma partícula é submetida a esforços mecânicos superiores à sua

resistência à ruptura, ocorre a propagação de trincas já existentes e a iniciação

de novas trincas em seu interior, o que causa a fragmentação da partícula. Os

esforços mecânicos aplicados podem ser normais (compressão ou tração) ou

tangenciais (cisalhamento). A resposta de qualquer sólido à aplicação de tais

esforços se dá na forma de deformações, às quais podem ser classificadas

como elásticas ou plásticas.

Na indústria, o processo de britagem é entendido como a etapa responsável

pela cominuição de material acima de 25 mm (1”). Entretanto, na atualidade, os

britadores têm demonstrado grande aplicabilidade na cominuição de partículas

com granulometrias cada vez mais finas. Portanto, hoje é comum definir a

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britagem como a cominuição realizada em equipamentos nos quais as

partículas são carregadas diretamente pelas partes móveis do mesmo.

As principais diferenças entre os vários equipamentos estão associadas aos

métodos de aplicação de cargas e aos aspectos mecânicos da aplicação

desses esforços a diferentes tamanhos de partículas. Quando a partícula

possui maiores dimensões, a energia necessária para fraturar cada partícula

individual será alta, embora a energia por unidade de massa seja tipicamente

baixa. Conforme o tamanho da partícula vai diminuindo, a energia necessária

para fraturar uma partícula diminui, mas a energia por unidade de massa

aumenta rapidamente. Portanto, os equipamentos que geralmente são

utilizados na cominuição da fração grosseira, necessitam ser robustos e de

grande porte, enquanto aqueles usados na cominuição da fração fina devem

ser capazes de distribuir energia em um volume relativamente grande (NEVES

e TAVARES, 2004).

Neste tocante, a britagem consiste da quebra de partículas principalmente pela

ação de esforços compressivos ou de impacto. Os esforços compressivos são

aplicados, em geral, por meio do movimento periódico de aproximação e

afastamento de uma superfície móvel contra outra fixa. Esse é o caso dos

britadores de mandíbulas, britadores giratórios e britadores cônicos

(HONÓRIO, 2010).

4.7.1 Britadores de Mandíbulas

Os britadores de mandíbulas são utilizados em britagens primárias, podendo

ser aplicados também em britagens secundárias em algumas instalações.

Possuem várias dimensões, podendo ser confeccionados com um ou dois

eixos. O mecanismo de quebra é por compressão, onde a mandíbula móvel em

movimento de “vai e vem” comprime o material contra a mandíbula fixa.

A diferença básica entre britadores de um e de dois eixos é o tipo de

movimento. O britador de um eixo excêntrico faz um simples movimento de “vai

e vem” com a mandíbula móvel contra a mandíbula fixa, enquanto o de dois

eixos tem um movimento excêntrico e oscilatório dando um aspecto de

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“mastigação” na forma da britagem. Os britadores de um eixo são mais

robustos, sendo assim, mais utilizados na maioria das vezes (METSO, 2014).

Figura 9 - Britador de mandíbulas de um eixo.

FONTE: Manual Metso, 2014.

4.7.2 Peneira Vibratória

Segundo Luz et alii (2004), o processo de peneiramento consiste da separação

de uma população de partículas em duas frações de tamanhos diferentes,

mediante a sua apresentação a um gabarito de estrutura fixa e pré-

determinada. Cada partícula tem apenas as possibilidades de passar ou ficar

retida. Entende-se por classificação, a separação de um material em dois ou

mais tamanhos, estando limitados por uma fração superior e outra inferior

definida por uma determinada malha e que possua uma abertura pré-

determinada. O material retido na tela da peneira é denominado oversize e o

passante, undersize.

Ainda segundo os autores supramencionados, o movimento vibratório da

peneira vibratória é caracterizado por impulsos rápidos, normais à superfície,

de pequena amplitude (1,5 a 25 mm) e de alta frequência (600 a 3.600

movimentos por minuto), sendo produzidos por mecanismos mecânicos ou

elétricos. As peneiras vibratórias podem ser divididas em duas categorias:

aquelas em que o movimento vibratório é praticamente retilíneo, num plano

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normal à superfície de peneiramento, chamado de movimento linear; e aquelas

em que o movimento é circular ou elíptico neste mesmo plano, podendo

trabalhar com inclinação nula (peneiras horizontais) e com inclinação que

variam de 20º até inclinações negativas como as peneiras denominadas de

desaguadoras. Estas peneiras são as de uso mais frequente em mineração,

sendo muito empregadas nos circuitos de britagem e de preparação de minério

para os processos de concentração. A sua capacidade varia entre 50 a 200

t/m2/mm de abertura/24 h.

Figura 10 - Peneira vibratória inclinada “M” modelo 30012/3A.

FONTE: Manual Metso, 2014.

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34

4.8 Briquetagem

4.8.1 Histórico da briquetagem

Em 1848 nos EUA, Willian Easby recebeu a patente relacionada à

briquetagem, onde conseguiu formar aglomerados sólidos de tamanho e forma

variados, a partir de frações finas de qualquer tipo de carvão mineral, por meio

da pressão exercida sobre esse material. Desta forma, foi possível agregar

valor em materiais de pequeno, ou quase nenhum, valor, podendo ser

aplicados em máquinas a vapor, forjas, culinária e outras aplicações,

possibilitando a recuperação de grande parte dos finos considerados rejeitos

nos processos de beneficiamento de carvão (CARVALHO e BRINCK, 2010).

A primeira aplicação industrial do processo desenvolvido por Willian Easby foi

ao final do século XIX durante a crise econômica nos Estados Unidos, na

fabricação de briquetes de carvão através dos finos gerados no processamento

do carvão e 6% de asfalto fundido, pois estes finos não eram aproveitados

economicamente, e o produto final deste processo era encaminhado para

comercialização (CARVALHO e BRINCK, 2010).

4.8.2 Briquetagem no Brasil

Segundo Carvalho e Brinck (2010), a Companhia Siderúrgica Belgo Mineira

(CSBM) localizada em João Monlevade/Minas Gerais, foi a primeira empresa a

ter iniciativas de utilização industrial do processo de briquetagem na década de

60, através da parceria com a empresa alemã Humboldt, que utilizou uma

prensa para a aglomeração de finos de carvão vegetal.

Ainda segundo os referidos autores, na região da Grande Vitória/Espirito Santo,

a Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST), iniciou em 1994 a operação de

uma unidade piloto para fabricação de 20.000 t/mês de briquetes de lama de

aciaria e outros resíduos provenientes da produção do aço.

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35

4.8.3 Conceitos da briquetagem

Pode-se afirmar que a aglomeração de vários produtos pode ser realizada

através de diversos processos, como, por exemplo, a pelotização, sinterização

e briquetagem. Neste sentido, a briquetagem foi escolhida como o melhor

processo a ser utilizado no desenvolvimento da aglomeração em razão do seu

baixo custo/beneficio. Dito isto, Buzin (2009) ratifica mencionando que:

A briquetagem consiste na aplicação de pressão na mistura de finos

de resíduos com objetivo de obter um corpo compacto de forma pré-

definida. Neste processo são utilizados moldes ou matrizes de

tamanho e forma convenientes e pode ser executado com auxílio ou

não de aglutinantes, dependendo da matéria-prima empregada e das

propriedades requeridas ao elemento constituído, denominado

briquete.

Feitas estas considerações, tem-se que os parâmetros esperados para o

briquete são: resistência mecânica, resistência ao impacto, baixa

higroscopicidade, alta densidade, boas propriedades de queima e alto poder

calorífico.

Segundo Sampaio et alii (2007), a definição da granulometria fina na indústria

de processamento mineral depende do tipo de processo envolvido. Desta

forma, no beneficiamento do carvão são consideradas partículas finas aquelas

que possuem tamanho inferior a 0,6 mm. Ao comparamos com outro

beneficiamento, por exemplo, o minério de ferro, a fração fina não aproveitada

pelo processo de flotação pode encontrar-se em uma granulometria inferior a

20 μm. Assim, não é possível generalizar o conceito de granulometria fina sem

considerar o processo de beneficiamento e o minério envolvidos.

Segundo Carvalho e Brinck (2010), a adoção de um processo para

aglomeração de um determinado material de granulometria fina requer uma

análise acurada e extenuante, considerando parâmetros que definem as

características físico-químicas do material, a produção anual de material a ser

processado, o investimento, os custos operacionais, entre outros.

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36

Dessa maneira, Carvalho e Brinck (2010) afirmam que o processo de

aglomeração busca a transformação das características granulométricas de um

material, permitindo o seu uso posterior. Os empregos mais frequentes são:

- Minérios ou concentrados de granulação fina, sem causar prejuízos à

permeabilidade da carga e às condições de reação gás-sólido nos fornos

metalúrgicos, especialmente nos fornos verticais;

- Resíduos ou subprodutos finos de outros processos mineiros e

metalúrgicos, para sua reutilização, ou reciclagem, de forma adequada,

interna e/ou externamente;

- Resíduos metálicos (cobre, ferro, titânio etc.) e outros materiais (papel,

algodão, madeira e outros) para transporte e/ou reciclagem.

A operação de mistura dos finos da liga ferro nióbio com os aglutinantes devem

ser cuidadosamente executada para que se obtenha uma uniformidade de

composição e que a distribuição do aglutinante ocorra de forma homogênea em

toda a superfície do material a ser briquetado. Estes cuidados são necessários

à manutenção da qualidade do briquete e da resistência mecânica dos

processos onde este será aplicado.

Carvalho e Brinck (2010), afirmam que a umidade de mistura é um dos

parâmetros mais importantes para fabricação dos briquetes, onde a adição de

água na briquetagem só não é realizada quando a substância aglomerante se

apresenta na forma de solução aquosa ou como um fluído.

Outro parâmetro importante é a temperatura de secagem que está ligada a

resistência mecânica do briquete. Caso o briquete seja submetido à secagem a

temperatura ambiente, ele irá apresentar baixa resistência mecânica,

entretanto quando submetido à temperatura elevada, ou seja, acima de 400°C,

obter-se-á uma maior resistência mecânica.

Da mesma maneira, Carvalho e Brinck (2010) afirmam que nos briquetes

endurecidos a temperaturas superiores a ambiente as impurezas do minério e

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do próprio constituinte principal são responsáveis pela ligação entre as

partículas. Essa ligação pode ser realizada por meio dos seguintes processos

de:

- Fusão incipiente do constituinte principal;

- Difusão e recristalização do constituinte principal;

- Escorificação ou reação química;

- Endurecimento ou cristalização do constituinte principal.

4.8.4 Processo de briquetagem

Para que o processo de briquetagem de partículas com granulometria fina seja

realizado com sucesso nas máquinas tipo prensa, as forças de atração

molecular de Van der Waals devem apresentar forte ação na união das

partículas. Todavia, somente quando a distância entre as partículas é reduzida

pela ação de uma força externa elevada é que tais forças se tornam efetivas

(CARVALHO e BRINCK, 2010).

Segundo Buzin (2010), o processo de briquetagem pode ser realizado em

prensas de rolos (onde os rolos são alimentados continuamente), extrusão

contínua e as prensas hidráulicas (onde os moldes são preenchidos em

batelada).

Para o desenvolvimento do briquete, foi utilizada uma prensa briquetadeira

hidráulica fornecida pela empresa Hoganas do Brasil Ltda, no período entre

maio e junho de 2013. Durante o procedimento, notou-se a necessidade de

realizarmos algumas alterações no processo de briquetagem, como por

exemplo:

Realizar blendagem com os demais dos finos, a fim de facilitar a

aglomeração dos grãos e reduzir o desgaste demasiado da ferramenta

(pistão e câmara de compactação);

Reduzir as adições de aglutinante e pó de ferro, visando adequação dos

elementos químicos do briquete;

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Realizar uma pré-queima no briquete antes de efetuar a análise química,

objetivando de retirar o carbono volátil;

Aumentar o tempo de secagem dos briquetes antes da armazenagem.

Estas alterações favoreceram principalmente a operacionalidade da

briquetadeira (reduzindo seu desgaste e aumentando a produtividade) e o

atendimento aos requisitos físico-químicos solicitados no projeto (melhorando

os controles dos insumos e procedimentos pós-compactação).

A prensa briquetadeira hidráulica opera pelo sistema de compressão simétrica

por ambas as faces (figura 11) através de dois cilindros hidráulicos reforçados.

Com isso, são gerados briquetes mais densos e de compactação uniforme. O

processo briquetagem dos finos de ferro nióbio é realizado através da

prensagem a frio, que posteriormente é transferida a uma tela de peneiramento

para remoção dos finos, após, os mesmos são empilhados e encaminhados

para a área de cura com a finalidade de adquirir maior resistência mecânica

antes de ser transportado para o destino final.

Figura 11 - Ilustração do processo de briquetagem por compressão simétrica

por ambas às faces.

FONTE: Tecnobriq, 2014.

É preciso ressaltar que Carvalho e Brinck (2010) explicam que para fabricar

briquetes com boa resistência mecânica depende, entre outras variáveis, da

qualidade química e física do material e do aglutinante. Entretanto, os

principais fatores a determinar essa quantidade de aglutinante são a superfície

específica do material e a quantidade de partículas finas ou grossas. Quanto

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menor forem essas, menor será a quantidade de aglutinante necessária para

gerar um briquete de boa qualidade.

Ainda segundo os autores, o controle da umidade do material antes da adição

do aglutinante é fator importante para processo de aglomeração. A umidade

ideal depende do material e do tipo de aglutinante utilizado, além de influenciar

o valor da pressão a ser aplicada. Cuidados no controle desta variável no

processo garante estabilidade e otimização do mesmo.

A etapa da mistura no processo de briquetagem é o ponto mais importante em

sua fabricação, momento em que se utiliza prensa hidráulica. Para isso, é

fundamental que dentro da câmara de mistura o aglutinante esteja distribuído

uniformemente por toda superfície do material a ser aglomerado, garantindo

assim a uniformidade dos briquetes.

O misturador deverá ser dimensionado de modo que o tempo de

residência da mistura no equipamento não seja elevado. Caso a

mistura não seja suficientemente seca no condicionador entre o

misturador e a prensa, os gases (na maioria das vezes, vapor d'água)

presos nos briquetes sofrem uma forte compressão. Quando os

briquetes deixarem a prensa e a pressão for relaxada, os gases

expandem, causando fraturas no briquete.” (CARVALHO e BRINCK,

2010).

Após o processo de mistura, o material a ser compactado é alimentado

lateralmente por uma rosca sem fim, onde ocorre a compressão simétrica de

ambas as faces do material dentro do molde por dois cilindros hidráulicos

reforçados. Com isso, são gerados briquetes mais densos e de compactação

uniforme. Após a compactação uma peça frontal ao êmbolo abre e expulsa o

briquete quando a pressão desejada é atingida.

Mendes (2005) afirma que a definição das propriedades do material a ser

briquetado permite compreender não só o valor máximo da pressão, mas

também a taxa de compactação exigida pelo material. O conhecimento do

coeficiente de atrito do material permite antecipar o comportamento do mesmo,

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no momento da saída do briquete e também se a superfície dos briquetes

úmidos poderá ser ou não danificada durante a queda.

No que se refere à escolha do equipamento para o material a ser briquetado,

Carvalho e Brinck (2010) esclarecem que a forma das cavidades do

equipamento e, consequentemente, do briquete, é função da susceptibilidade

do material à compactação. Para materiais que apresentam dificuldade de

compactação são utilizadas formas arqueadas, eliminando o plano de divisão

dos briquetes, ocorrendo então uma distribuição mais uniforme da pressão.

Essa distribuição mais uniforme permite a utilização de pressões mais

elevadas. Entretanto, tal procedimento pode provocar a redução da vida útil

dos elementos de compactação da prensa.

4.8.5 Tipo de briquetes produzidos

Os briquetes são resultados da aglomeração e compactação dos finos de ferro

nióbio beneficiados. A figura 12 mostra um briquete produzido pela prensa

briquetadeira hidráulica e a figura 13 mostra suas dimensões.

Figura 12 - Briquetes produzidos pela prensa hidráulica da Tecnobriq.

FONTE: Autoria própria.

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Forma: Cilíndrica

Diâmetro: 35 mm

Comprimento: 30 a 50 mm

30 a 50 mm

35 mm

Figura 13 - Dimensões dos briquetes de ferro nióbio.

Fonte: Autoria própria.

Os briquetes de ferro nióbio são constituídos dos finos gerados na etapa de

britagem da liga com teor de Nb (65- 67%) e Fe (25-30%). Não é necessária a

adição de agente redutor, pois o material de interesse neste caso são os

elementos de liga, os quais já se encontram na forma metálica. É necessário

extremo cuidado ao processá-lo, para que não ocorram contaminações com

outros materiais.

4.8.6 Briquetagem com aglutinantes

Quando o material a ser aglomerado não possui resistência à compressão e ao

impacto deve-se utilizar aglutinante em sua composição para realizar sua

compactação. Em resíduos siderúrgicos normalmente é empregado um

aglomerante composto de cal e melaço de cana. Pode-se também citar outros

aglomerantes como o silicato de sódio, o lignosulfonato e as soluções de

dextrina. Os briquetes produzidos com aglutinantes são normalmente

produzidos em baixas pressões, de maneira a evitar uma nova fragmentação

das partículas.

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Segundo Bagatini (2011), o aglomerante pode ser de natureza orgânica ou

inorgânica. Pode-se citar como exemplo de aglomerantes orgânicos os

poliméricos (resina epoxídica, resina acrílica, cola, mastique) e os betuminosos

(alcatrão, asfalto, derivados da destilação do petróleo). O gesso, a cal

hidratada, o cimento Portland e a bentonita são os aglomerantes mais

utilizados nos processo de aglomeração.

Diante disto, Carvalho e Brinck (2010), afirmam que é importante observar que

na mistura os aglutinantes podem ser divididos de acordo com sua função,

podendo ser classificado como: matriz, filme ou aglutinantes químicos,

conforme mostrado na tabela 4.

Tabela 4 - Tipos diferentes de aglutinantes.

Tipo Matriz Tipo Filme Aglutinantes Químicos

Alcatrão Água Ca(OH)2 + Melaço

Asfalto de petróleo Silicato de sódio Silicato de sódio + CO2

Cimento Portland Lignosulfonatos Epóxies

FONTE: Carvalho e Brinck, 2010.

Cabe lembrar que os aglutinantes do tipo matriz incitam um embutimento das

partículas dentro de uma fase substancialmente contínua. Os aglutinantes do

tipo filme apresentam função semelhante às colas adesivas e depende da

evaporação da água ou de algum solvente para desenvolver uma maior

resistência mecânica. Os aglutinantes químicos podem ser utilizados tanto

como matriz ou como filme.

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5. METODOLOGIA

A metodologia adotada neste estudo será apresentada dentro deste item, bem

como os dados referentes às materiais primas e os procedimentos executados.

5.1 Finos de ferro nióbio

Os finos de ferro nióbio são oriundos do setor de expedição e provenientes dos

processos de cominuição e classificação, nas transferências de correias

transportadoras e blendagem de produtos fora de especificação química.

Na etapa de cominuição e classificação os finos são gerados pelas forças de

contato que geram fraturas por impacto, clivagem e abrasão. Na transferência

de correias, o produto se fragmenta principalmente pela fratura por impacto

devido às diversas quedas durante o percurso de beneficiamento. Quando o

botão de liga ferro nióbio é processado e armazenado nesta etapa, e é

constatado que o mesmo está fora de especificação, então, este produto

deverá ser embalado e aguardará sua retomada num rigoroso processo de

blendagem sendo-o inserido após o peneiramento primário (TC-09). Desta

forma, este material sofrerá novamente fraturas por impacto nas transferências

entre correias e na queda durante o armazenamento nos silos, o que

consequentemente aumenta a geração de finos.

5.2 Seleções dos finos de ferro nióbio

As seleções das amostras foram realizadas de forma aleatória dentro dos lotes

de finos disponíveis no estoque da expedição, no qual foram escolhidos três

big bag’s de cada faixa granulométrica, em cada um deles foram coletados 100

incrementos de 2 kg com o auxilio de uma pá, totalizando uma amostra de 200

kg. Portanto, foram embalados 600 kg de amostra, a tabela 5 mostra as

proporções despachadas para industrialização (briquetagem).

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Tabela 5 - Proporção de finos de ferro nióbio selecionado.

FAIXA (mm) PROPORÇÃO

3 – 10 1/3

1 – 5 1/3

< 2 1/3

TOTAL 1

FONTE: Autoria própria.

5.3 Caracterização dos finos de ferro nióbio

Para caracterização foram retirados três incrementos durante a formação de

cada amostra (início, meio e fim). Em seguida, as amostras formam

homogeneizadas e quarteadas para os ensaios de caracterização, sendo após

submetidas à análise granulométrica, análise por difração de raios-X (DRX) e

análise por combustão e detenção por infravermelho não dispersivo (NDIR).

a) Análise granulométrica

Consiste na classificação da amostra em uma série de peneiras. O resultado

permite um melhor conhecimento sobre o material e auxilia no planejamento da

utilização dos mesmos na sua industrialização. Uma amostra de finos de 3 a10

mm, pesando 410 g, outra de finos de 1 a 5 mm, pesando 848 g e outra de

finos abaixo de 2 mm, pesando 842 g, todas obtidas por quarteamento, foram

classificadas em peneiras.

b) Análise por difração de raios-X (DRX)

A caracterização da estrutura cristalina dos finos de ferro nióbio foi feita por

difração de raios-X, realizada em um aparelho marca Panalytical modelo Axios

Fast, no laboratório químico do Negócio Nióbio Anglo American. A amostra foi

moída em granulometria abaixo de 0,105 mm, sendo a difratometria de raios-X

executada com fonte de ródio.

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c) Análise por combustão e detenção por infravermelho não dispersivo (NDIR)

A caracterização dos teores de C e S foi feita por combustão e detenção por

infravermelho não dispersivo e realizada em um aparelho marca Quimitron

modelo QCS-2010, do Negócio Nióbio Anglo American.

5.4 Caracterização dos briquetes de ferro nióbio

Após o processamento dos finos de ferro nióbio em briquetes, a Hoganas do

Brasil realiza amostragem dos lotes e encaminha para o laboratório do AANb

para serem submetidas à análise química e checagem dos parâmetros

dimensionais conforme especificação padrão.

a) Ensaio de checagem dimensional do briquete

Desenvolveu-se um ensaio para conferência das dimensões dos briquetes,

através de dois gabaritos (1 e 2), sendo um gabarito (1) possuindo um

comprimento entre duas hastes de 30 mm e outro gabarito (2) um comprimento

de 50 mm. Antes de realizar os ensaios químicos e físicos os briquetes

amostras devem passar por este teste de conferência, onde a amostra na

posição horizontal deve passar entre as duas hastes do gabarito (1), e também

passar no outro gabarito (2). Desta forma, pode-se afirmar que os briquetes

estão na faixa de 30 a 50 mm, atendendo à especificação padrão. A

conferência do diâmetro não se faz necessária, devido não haver regulagem

nesta dimensão. Somente é possível alterar esta medida substituindo a

ferramenta (pistão e câmara de compactação) do equipamento. O briquete que

não passar será considerado reprovado.

As análises de composição química dos briquetes também foram realizadas

nos mesmos equipamentos da caracterização dos finos de ferro nióbio.

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5.5 Materiais utilizados na fabricação dos briquetes

No mesmo processo foram utilizados ainda os seguintes componentes para

fabricação dos briquetes: estearato de zinco (aglutinante orgânico) e pó de

ferro (provenientes de sucatas metálicas), cujas características principais

constam nas tabelas 6 e 7.

Tabela 6 - Características do estearato de zinco.

CARACTERISTICAS

QUÍMICAS

FORMULA

QUÍMICA (%)

Estearato de Zinco Zn(C18H35O2)2 60 -80

Palmitato de Zinco Zn(C16H31O2)2 20 - 40

FONTE: FISPQ, 2014.

Tabela 7 - Características do pó de ferro.

CARACTERISTICAS

QUÍMICAS (%)

C 0,010

S 0,020

P 0,300

O Total 0,020

FONTE: Hoganas, 2014.

5.6 Metodologia para fabricação dos briquetes

Para a fabricação dos briquetes foi adotado um controle rigoroso na escolha

dos materiais e dos aglutinantes, principalmente na qualidade química dos

aglutinantes, pois o material a ser briquetado não deveria sofrer alterações nos

elementos químicos especificados. A figura 14 apresenta um fluxograma

completo das etapas realizadas na produção dos briquetes de ferro nióbio.

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47

Figura 14 - Fluxograma da metodologia de fabricação dos briquetes.

Inicio

Coleta das amostras

Caracterização dos finos

Amostra aprovada?

Emitir certificado de análise

Coletar nova amostra

Enviar amostras para briquetagem

Elaborar receita para briquetagem

Realizar mistura dos componentes

Realizar briquetagem

Enviar amostras de briquetes para

caracterização na Anglo

Fazer caracterização dos briquetes

Fim

NãoSim

Briquete aprovado?

Emitir certificado de análise

Não

Sim

FONTE: Autoria Própria.

Os testes de briquetagem foram realizados na prensa briquetadeira hidráulica

(modelo PBH-60T, da Hoganas), conforme mostra a figura 15.

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Figura 15 - Ilustração da prensa briquetadeira hidráulica disponibilizada pela

Hoganas para realização dos testes.

FONTE: Tecnobriq, 2014.

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6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Serão apresentados a seguir os resultados dos ensaios de caraterização dos

finos da liga ferro nióbio e principais matérias primas do briquete.

6.1 Caracterizações dos finos de ferro nióbio

O processo de briquetagem se inicia pelo recebimento dos finos de ferro nióbio

em locais de armazenamento temporário de acordo com suas características,

sendo que os materiais secos são armazenados em boxes apropriados, longe

de possíveis contaminações como água da chuva ou outros materiais úmidos.

Para se atingir a composição granulométrica e química média faz-se

necessário realizar uma etapa de blendagem na câmara de mistura da

briquetadeira de forma a misturar os finos com baixa concentração com os

outros de alta concentração, para assim, produzir briquetes adequados ao

processamento industrial das siderúrgicas e/ou fundições.

A aglomeração é feita pela adição de composto ligante e pó de ferro em tanque

misturador. Esse composto ligante é de base orgânica (estearato de zinco). O

pó de ferro utilizado é de fabricação da Hoganas com baixíssimos teores de

impurezas, o que favorece a manutenção da especificação exigida.

Para a realização dos ensaios experimentais foram coletados 3 co-produtos,

sendo o co-produto A oriundo do oversize da tela 3 mm, o co-produto B do

oversize da tela 2 mm e o co-produto C do undersize da tela 2 mm. Após a

amostragem, homogeneização e quarteamento, visualiza-se na figura 16 o

aspecto de cada coproduto, todas dispostas em vidros de relógio de 84 mm de

diâmetro.

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50

Figura 16 - Aspectos dos coprodutos: (A) 3 a 10 mm, (B) 1 a 5 mm e (C)

abaixo de 2 mm.

FONTE: Autoria própria.

(A)

(B)

(C)

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51

Todos os coprodutos foram submetidos a análise granulométrica em uma

séries de peneiras, onde se obteve os seguintes resultados, conforme

mostrado na tabela 8.

Tabela 8 - Análise granulométrica dos coprodutos A, B e C.

ABERTURA % PASSANTE ACUMULADO

# mm A B C

3 6,350 100,00 100,00 100,00

4 4,760 54,82 100,00 100,00

8 2,380 4,02 19,54 100,00

9 2,000 1,92 11,24 99,85

20 0,841 0,34 0,59 75,72

35 0,419 0,24 0.38 59.53

65 0,209 0,19 0,27 38,41

150 0,105 0,12 0,20 18,11

270 0,052 0,05 0,09 5,81

400 0,037 0,02 0,07 2,91

Fundo 0,00 0,00 0,00

FONTE: Autoria própria.

Os dados da tabela 8 mostram que o coproduto “A” possui maior concentração

na abertura 4,760 mm, o coproduto “B” na abertura 2,380 mm e o coproduto

“C” entre as aberturas 2,000 e 0,105 mm. Demonstram-se, na figura 17, as

curvas de distribuição granulométrica dos coprodutos.

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52

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000 10000

% p

as

sa

nte

ac

um

ula

da

Tamanho [micrometros]

Análise granulométrica

A B C

Figura 17 - Curvas granulométricas dos coprodutos.

.

FONTE: Autoria própria.

A análise química dos coprodutos se encontra na tabela 9, onde os elementos

predominantes são nióbio e o ferro, ocorrendo a presença de pequenas

quantidades de outros elementos que devem estar dentro de valores

aceitáveis, conforme especificação padrão do briquete.

Tabela 9 - Caracterização química dos coprodutos.

TIPO ELEMENTO (%)

Nb P Fe Ti Mn Si Ta Pb S Al C

Padrão 62- 67 < 0.20 25 - 30 < 1.00 < 0.50 < 3.00 < 0.50 < 0.20 < 0.15 < 1.00 < 0.15

A 65,25 0,15 27,97 0,24 0,35 2,68 0,29 0,18 0,07 0,23 0,13

B 65,17 0,17 28,65 0,25 0,30 2,85 0,31 0,19 0,09 0,31 0,14

C 64,56 0,15 29,18 0,33 0,30 2,95 0,31 0,19 0,07 0,40 0,14

FONTE: Autoria própria.

6.2 Fabricação e composição dos briquetes

A fim de se conseguir atingir a formulação ideal para a fabricação dos briquetes

foram realizadas três tentativas. No teste 1, utilizou-se somente a fração

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granulométrica do co-produto C (100%), onde a curva granulométrica consta na

figura 17. Nesse teste foram adicionados 15% (em massa) de pó de ferro, 4%

de aglutinante orgânico (em massa) e 1% (em massa) de água. Após a

fabricação dos briquetes, os mesmos foram mantidos com um tempo de cura

de 2 dias. A tabela 10 mostra a análise química dos briquetes comparados com

a análise química dos finos do coproduto “C” e a especificação padrão.

Tabela 10 - Resultados das análises químicas do teste 01.

TIPO ELEMENTO (%)

Nb P Fe Ti Si Ta Pb S Al C

Padrão 62- 67 < 0.20 25 - 30 < 1.00 < 3.00 < 0.50 < 0.20 < 0.15 < 1.00 < 0.15

C 64,56 0,15 29,18 0,33 2,95 0,31 0,19 0,07 0,40 0,14

Briquete T01 37,53 0,09 47,26 0,20 1,52 0,18 0,10 0,09 2,99 1,10

FONTE: Autoria própria.

Podemos afirmar que os resultados químicos obtidos nessa formulação não

foram satisfatórios, eis que a porcentagem dos elementos Nb, Fe, Al e C não

atingiram a especificação esperada. Assim, verificou-se que o motivo da

alteração dos teores de %Nb e %Fe estavam ligados à adição de pó de ferro

que, neste teste, utilizou-se 15%, e a mudança da %Al estava ligada a

contaminação na câmara de mistura e compressão, a alteração no %C ficou

vinculada ao aglutinante orgânico, no qual se adicionou 4%.

Para este primeiro teste, não foi avaliada a padronização de tamanho conforme

especificação padrão. A tabela 11 mostra os valores de especificação do

formato e os valores obtidos no teste 1 (briquete T01). A figura 18 mostra os

briquetes produzidos neste teste.

Tabela 11 - Resultado das dimensões dos briquetes nos testes 1.

Tipo Diâmetro (mm) Comprimento (mm)

Padrão 35,00 30,00 a 50,00

Briquete T01 35,00 20,00

FONTE: Autoria própria.

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54

Figura 18 - Briquetes produzidos na formulação do teste 1.

.

FONTE: Autoria própria.

Para realização do segundo teste foi elaborado um procedimento de limpeza

da máquina para evitar novas contaminações, bem como se reduziu a adição

de pó de ferro e aglutinante.

A priori, a proporção de aglutinante foi reduzida para 3% e o pó de ferro para

8%, com o objetivo de reduzir os teores de %Nb, %Fe e %C. Utilizaram-se

duas faixas granulométricas (B e C) com proporções iguais de 50%. A curva

granulométrica destes finos foi mostrada na figura 17. Neste experimento

manteve-se o tempo de cura em dois dias.

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55

Tabela 12 - Resultado da análise química do teste 2.

TIPO ELEMENTO (%)

Nb P Fe Ti Si Ta Pb S Al C

Padrão

62-

67

<

0.20

25 –

30

<

1.00

<

3.00

<

0.50

<

0.20

<

0.15

<

1.00

<

0.15

B (50%)/C

(50%) 64,87 0,16 28,91 0,29 2,90 0,31 0,19 0,08 0,36 0,14

Briquete T02 51,39 0,13 39,16 0,21 2,00 0,23 0,14 0,09 0,83 1,30

FONTE: Autoria própria.

Os resultados obtidos no teste 2 demonstraram que houve aumento no %Nb e

redução no teor de %Fe em razão da redução da adição de pó de ferro, porém,

ainda não houve êxito em se atingir os valores de especificação. O teor de %C

se mostrou ainda elevado e, consequentemente, não atingindo a especificação.

A tabela 13 mostra que se obteve êxito na especificação física do briquete,

atingindo briquetes com comprimentos entre 30 a 50 mm e diâmetro 35 mm. A

figura 19 mostra os briquetes produzidos no teste 2, no qual as amostras deste

lote passaram pelos gabaritos de conferência para avaliar o comprimento dos

mesmos.

Tabela 13 - Resultado das dimensões dos briquetes no teste 2.

Tipo Diâmetro (mm) Comprimento (mm)

Padrão 35,00 30,00 a 50,00

Briquete T02 35,00 35,00

FONTE: Autoria própria.

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Figura 19 - Briquetes produzidos no teste 2.

FONTE: Autoria própria.

Por fim, o teste 3 foi realizado para mais uma redução na adição do aglutinante

e do pó de ferro, utilizando-se uma proporção de finos diferentes em relação ao

teste 2, com a finalidade de adequar o teor de nióbio, ferro e carbono. Para

tanto, definiu-se uma proporção com 33,33% de material A, 33,33% de material

B e 33,33% de material C. A figura 17 mostra a curva granulométrica destes

materiais.

As proporções de aglutinante e pó de ferro utilizado no teste 3 foram de 3% e

2%, respectivamente. A tabela 14 mostra os resultados deste beneficiamento

com a fórmula descrita acima.

Tabela 14 - Resultado da análise química dos testes 3.

TIPO ELEMENTO (%)

Nb P Fe Ti Si Ta Pb S Al C

Padrão 62- 67 < 0.20 25 - 30 < 1.00 < 3.00 < 0.50 < 0.20 < 0.15 < 1.00 < 0.15

A /B/C 65,00 0,16 28,60 0,27 2,82 0,30 0,18 0,07 0,31 0,14

Briquete T03 63,68 0,15 27,49 0,19 2,89 0,31 0,17 0,14 0,42 0,28

FONTE: Autoria própria.

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Os resultados das análises químicas apontam que a formulação utilizada no

teste 3 foi satisfatória para a maioria dos elementos, com exceção do %C que

ainda apresentou ligeira discrepância em relação à especificação. No entanto,

a Hoganas empresa com expertise neste tipo de beneficiamento, afirma que

este carbono incorporado no briquete não é carbono metálico, e sim orgânico.

Portanto, o mesmo não será difundido no banho metálico.

Diante desta informação, realizou-se um ensaio em laboratório para verificar a

volatilidade deste carbono. As amostras de briquetes do teste 3 foram

preparadas em britadores e pulverizadores para serem colocadas em uma

mufla aquecida a 1000°C durante 15 minutos. Após o aquecimento, preparou-

se a amostra para análise no Quimitron. Os resultados deste ensaio estão na

tabela 15.

Tabela 15 - Resultado da análise química do teste 3 após oxidação.

TIPO ELEMENTO (%)

Nb P Fe Ti Si Ta Pb S Al C

Padrão

62-

67

<

0.20

25 -

30

<

1.00

<

3.00

<

0.50

<

0.20

<

0.15

<

1.00

<

0.15

A/B/C 65,00 0,16 28,60 0,27 2,82 0,30 0,18 0,07 0,31 0,14

Briquete T03 63,68 0,15 27,49 0,19 2,89 0,31 0,17 0,14 0,42 0,28

Briquete T03 –

Oxi. 63,68 0,15 27,49 0,19 2,89 0,31 0,17 0,14 0,42 0,13

FONTE: Autoria própria.

À vista disso, pode-se confirmar que, após o procedimento para remoçãod o

carbono orgânico, a análise química dos briquetes do teste 3 foi totalmente

satisfatória, assim como as especificações físicas (forma e tamanho) que

também atingiram sua qualificação. A figura 20 mostra os briquetes fabricados

no teste 3.

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Figura 20 - Briquetes produzidos nos testes 3.

FONTE: Autoria própria.

O teste 3 mostrou que os coprodutos apresentados têm condições de serem

beneficiados em briquetes, uma vez que foi constatado que parte do carbono é

orgânicos e pode ser volatizado.

As análises dos testes com proporções diferentes de frações granulométricas,

aglutinante e pó de ferro estão disponíveis nos Anexos I, II e III deste trabalho.

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7. CONCLUSÃO

Com base nos resultados experimentais obtidos na presente pesquisa e nas

discussões realizados ao longo do corpo do trabalho, pode-se concluir que:

a. Os finos de ferro nióbio, gerados na etapa de britagem da liga ferro nióbio

da AANb, possuem propriedades químicas e físicas que tornam adequada

sua confecção em briquetes para utilização em siderúrgicas e/ou fundições,

uma vez convenientemente preparados;

b. A utilização de aglutinante de base orgânica na formulação fez com que o

teor de carbono do briquete apresentasse valor acima da especificação

padrão, porém, este carbono orgânico não é incorporado no banho metálico

devido à alta volatilidade às altas temperaturas, acima de 600° C;

c. O pó de ferro é um agente que auxilia na conformação e desmolde dos

briquetes. Além disso, ele é usado para manipular os teores de nióbio e

ferro na composição química dos briquetes;

d. Atingido o objetivo de transformar os finos de nióbio (< 10 mm) em

briquetes com as mesmas especificações físico-químicas das ligas grossas

(> 10 mm) standard faz com que a perspectiva de venda deste produto no

mercado externo seja bastante promissora;

e. A produção de briquetes possibilita melhores condições de armazenamento

e transporte do produto, redução de seu volume e obtenção de material

com forma, tamanho e parâmetros físico-químicos definidos.

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8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Considerando os resultados alcançados e as perspectivas de desenvolvimento

desta tecnologia de briquetagem, sugerem-se as seguintes abordagens para

continuidade de estudos neste tema:

a. Avaliar o desempenho energético dos briquetes em forno elétricos em

escala laboratorial (piloto) ou industrial, no intuito de conhecer sua influência

no balanço térmico da reação metálica;

b. Avaliar a recuperação metalúrgica do elemento nióbio no processo de refino

das ligas metálicas, com finalidade de verificar a redução das perdas do

aludido elemento neste processo;

c. Avaliar a caracterização física dos briquetes através de ensaios mecânicos

(resistência à compressão, impacto, abrasão e dureza rockwell),

temperatura de choque e resistência à ação da água, com o objetivo de

descobrir seu comportamento no transporte, armazenamento e manuseio,

bem como sua adição no banho metálico.

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9. REFERÊNCIAS

Anuário Estatístico, 2012. Disponível em: <http://www.mme.gov.br/sgm>

Acesso em 24 de maio de 2014.

BAGATINI, M. C. Estudo de reciclagem da carepa através de briquetes

autorredutores para uso em forno elétrico a arco, Porto Alegre, UFRGS,

2011.

BUZIN, P. J. W. K. Desenvolvimento de briquetes autorredutores a partir

de carepas de processamento siderúrgico para utilização em forno

elétrico a arco, Porto Alegre, UFRGS, 2009.

CARVALHO, E. A.; BRINCK, V. Briquetagem. Tratamento de Minérios 4ª

Edição – Rio de Janeiro, CETEM/MCT, 2010.

DAMASCENO, E. C. Disponibilidade, suprimento e demanda de minérios

para metalurgia, Série Estudos e Documentos - CETEM/MCT, 2006.

DNPM, Departamento Nacional de Produção Mineral, 2012. Disponível em:

<http://www.dnpm.gov.br/conteudo.asp?IDSecao=68&IDPagina=2263>.

Acesso em 24 de maio de 2014.

FISPQ, Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos, 2014.

Disponível em: <http://www.casquimica.com.br/fispq/ESTEARATOZINCO.pdf>

Acesso em 24 de maio de 2014.

Hoganas, 2014. Disponível em: <http://www.hoganas.com/pt-

BR/Countries/Brasil/Artigos-Publicados/Published-Articles/> Acesso em 24 de

maio de 2014.

HONÓRIO, O. Estudo de aumento de capacidade da planta de britagem da

Usina I de germano, Ouro Preto, UFOP, 2010.

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JÚNIOR, R. F. P. Nióbio, DNPM/MG - Sumário Mineral, 2013.

LUZ, A. B.; SAMPAIO, J. A.; ALMEIDA, S. L. M. Tratamento de minérios. 4ª

edição. Rio de Janeiro, CETEM/MCT, 2004.

LUZ, A. B.; SAMPAIO, J. A.; ALMEIDA, S. L. M. Ensaios contínuos de

briquetagem em bancada e piloto, Rio de Janeiro, Tratamento de Minérios 4a

Edição - CETEM/MCT, 2007.

Manual de britagem Metso, 6ª edição, 2005. Disponível em: <http://

www.metsominerals.com/inetMinerals/Brazil/mm_Brazilcontent.nsf/WebWID/W

TB-050304-2256F-FEA35>. Acesso em: 24 mai. 2014.

MENDES, M. W. D. Obtenção de pós de Nb a partir da redução alumino

térmica com ignição por plasma, Natal, UFRGN, 2005.

NEVES, P. B.; TAVARES, L. M. M. – Racionalização do Uso da Energia com

Auxilio de Simulacao Computacional – Tecnologia em Metalurgia e

Materiais, São Paulo, vl n°2. p. 53-58, 2004.

SGM, SECRETARIA DE GEOLOGIA, MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO

MINERAL. Anuário Estatístico: Setor Metalúrgico, Brasília, SGM, 2012.

SILVEIRA, J. W. Competição no Mercado Internacional de Nióbio: Um

Estudo Econométrico, Rio de Janeiro, UFRJ, 2013.

SOUSA, R. M. F.; FERNANDES, L. E.; GUERRA, W.; Nióbio, Química Nova

na Escola, v.35, p. 68-69, 2013.

Tecnobriq, 2014. Disponível em: <http://www.tecnobriq.com/produtos> Acesso

em 24 de maio de 2014.