curso pelotizacao

Companhia Vale do Rio Doce

Pelotização de Minério de Ferro

Pelotização



TIPOS GRANULOMÉTRICOS GERADOS NA MINERAÇÃO DE FERRO

GRANULADO ( > 6 mm)

PELLET FEED ( < 0,15 mm)

SINTER FEED ( < 6 mm >0,15 mm)

SINTERIZAÇÃO PELOTIZAÇÃO

SINTER PELOTA

REATORES DE REDUÇÃO

ALTO FORNO



\ O Alto Forno utiliza como matérias primas básicas a carga metálica ( sinter, pelotas, minério granulado ) e o combustível sólido ( coque ou carvão vegetal ), além de fundentes. Estes materiais são carregados pelo topo do forno. No caso brasileiro, os altos fornos de médio e Grande porte operam com sinter e coque , com adições menores de pelotas e minério granulado à carga metálica.

\ O sinter , produzido na Sinterização, tem como constituinte principal o minério de ferro; e o coque , produzido na Coqueria, é obtido através da pirólise do carvão mineral.

\ Outros materiais também podem ser utilizados, também carregados pelo topo ou injetados na região inferior do forno ( ventaneiras ), onde ar quente é soprado, gerando gases que ascendem em contra corrente com os sólidos carregados pelo topo



Divisões do Corpo do Forno



Zona Granular

Zona Coesiva

Zona de Gotejamento

Homem Morto

Zona de Combustão

Cadinho

Zonas Internas do Alto Forno



Zonas Internas do Alto-Forno



Como fonte do metal ( Fe ), o alto forno utiliza-se de minério de ferro ( geralmente Hematita-Fe2O3 com % Fe em torno de 65%), podendo estes minérios estarem sob a forma granulada ( 10 a 30 mm ) ou aglomerados de finos de minério na forma de Sinter ou Pelotas. Estes produtos trazem consigo impurezas ( SiO2, CaO, MgO, Al2O3, etc. ), que fundidos formarão um produto denominado escória, que será separado do gusa durante o vazamento do forno.

Como combustível base, no caso de médios e grandes altos fornos brasileiros, utiliza-se o Coque, contendo cerca de 86-88% de carbono.

Os fundentes são utilizados para conferir às escórias uma proporção adequada de seus óxidos principais

( CaO, MgO, SiO2, Al2O3 ) e por isso variam em quantidade e tipo, em função da composição do restante da carga. Os principais fundentes são: Quartzo como fonte de SiO2, o Calcário como fonte de CaO, o Dunito ou Serpentinito como fonte de MgO e SiO2 e a Dolomita como fonte de CaO e MgO



O ar aquecido (21% O2, 79% N2) nos regeneradores é injetado nas ventaneiras e, decorrente da alta velocidade, o coque em frente das ventaneiras é empurrado formando uma cavidade (Zona de Combustão), onde o coque circula em movimentos rápidos ao mesmo tempo em que é queimado pelo oxigênio do ar e vai diminuindo de tamanho.

As reações em frente as ventaneiras são as seguintes :

1) C + O2 ====> CO2 + 94,1 Kcal

2) CO2 + C ====> 2CO - 41,2 kcal

3) 2C + O2 ====> 2CO + 52,9 kcal

Reações que acontecem dentro do Alto-Forno



O nitrogênio ( N2 ) do ar não participa de nenhuma reação, porém desempenha o importante papel de levar calor as regiões superiores do forno.

Assim, a combustão do coque gera um gás com cerca de 35% de CO e 65% de N2 a uma temperatura entre 2.000 e 2.500 ºC ( Temperatura de Chama ), ou seja, um gás com alto poder de redução que se dirigirá para as partes superiores do alto forno para reagir com óxidos de ferro, retirando-lhes o oxigênio combinado e produzindo o ferro livre



A carga dentro do alto forno, enquanto vai descendo para as partes inferiores, vai sendo aquecida e então ocorrem as reações de redução dos óxidos de ferro. O aquecimento e contato dos óxidos de ferro da carga com o gás redutor ocorre, a cada nível, em maiores temperaturas e com maiores concentrações de CO no gás

As reações de redução pelo CO (reduções indiretas ) são:

3Fe2O3 + CO ==> 2Fe3O4 + CO2

2Fe3O4 + 2CO ==> 6FeO + 2CO2

FeO + CO ==> Fe + CO2

Estas reações consomem gás redutor (CO). Porém, ocorre também a reação de "Solution Loss" que regenera o poder redutor do gás ( transforma o CO2, produzido pelas reações de redução indireta, novamente em CO ), consumido com isto o Carbono do Coque.

CO2 + C ==> 2CO - 41,2 kcal

Após a redução completa, o Ferro metálico passa, na forma de gotas, pela Zona de Gotejamento, onde incorpora os diversos elementos de Liga ( C, Si, S, P, Mn )



Processo de aglomeração de finos de minério de ferro via processamento térmico a elevadas temperaturas (1300-1350°C), possibilitando:

Aproveitamento econômico da fração de partículas ultrafinas (< 0,150 mm) gerada nas minas

Ajuste da qualidade química e física e agregação de valor às cargas metálicas de altos fornos e reatores

de redução direta

PELOTIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO



HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO

1912: • Primeiras patentes - Alemanha e Suécia • Ênfase como alternativa à sinterização

1943: Estudos intensivos na Universidade de Minnesota, visando aproveitamento de taconita (Mesabi Range)

1945: Escassez de minérios granulados para suprir demanda de aço na Europa após 2a GGM

1955: Start-up de 2 grandes plantas industriais (12 Mt/a) nos EUA (Reserve e Erie Mining Co.)



CAPACIDADE INSTALADA MUNDIAL

PAÍS Mt/a % PRINCIPAIS EMPRESAS / PLANTAS

• EUA 65,0 22,3% Empire, Minntac, Tilden, Erie, Hibbing, National

• Ucrânia 42,0 14,4% Krivoi Rog, Poltawa

• Brasil 40,0 13,7% CVRD, SAMARCO

• Rússia 32,5 11,1% OEMK, Lebedinsk, Michailowo, Kostamukscha

• Canadá 24,1 8,3% QCM, IOC, Wabush

• México 12,7 4,4% IMEXSA, SICARTSA, AHMSA, HYLSA

• Suécia 12,3 4,2% LKAB (Kiruna e Svappevara)

• Índia 11,1 3,8% Kudremukh, Essar, Jindal, Chowgule

• Venezuela 9,9 3,4% SIDOR (CVG)

• Irã 9,5 3,3% Mobarakeh, Ahwaz

• Bahrain 4,0 1,4% GIIC

• Chile 3,5 1,2% CMP

• Outros 25,2 8,6% -

• Total 291,8 100,0% -



CLASSIFICAÇÃO DE PELOTAS

ALTO FORNO

REDUÇÃO DIRETA

BAIXA SÍLICA

ALTA SÍLICA

BÁSICA

ÁCIDA

APLICAÇÃO

BASICIDADE BINÁRIA

(CaO/SiO2)

TEOR DE SiO2



GÊNESE DE MINÉRIOS DE FERRO

METAMÓRFICOS

Ex.: Cauê, Conceição

SEDIMENTARES

Ex.: Alegria, Carajás



CONCENTRAÇÃO / SEPARAÇÃO

Atividades típicas de beneficiamento de minérios

Enriquecimento do teor de ferro metálico

Remoção parcial de constituintes indesejáveis (ganga : SiO2, Al2O3, P, Mn, etc)

Principais operações: lavagem, separação gravimétrica, separação magnética, flotação convencional, flotação

em colunas



BENTONITA

Material argiloso, tendo como principal mineral a montmorilonita, além de pequenas quantidades de quartzo, mica, feldspato e caulim

Estrutura lamelar com grande capacidade de retenção de moléculas de água entre as camadas Ü inchamento

Composição típica: SiO2=60% Al2O3=18% Na2O=2%

Dosagem típica: 0,5% ou 5 kg/t mistura

Demérito: Incorporação de ganga ácida às pelotas



CAL HIDRATADA Recebimento de cal virgem (CaO), obtida via calcinação

de calcário (CaCO3) em fornos verticais, rotativos ou de leito fluidizado (T > 900°C)

Hidratação da cal: CaO + H2O Ca(OH)2 (exotérmica)

Produto com alta superfície específica (12.000 cm2/g)

Composição típica: 74% CaO 23% PPC

Dosagem típica: 2,5% ou 25 kg/t mistura

Atua também como fonte de CaO



AGLOMERANTES ORGÂNICOS Compostos poliméricos (longas cadeias de carbono, alto

peso molecular)

Grande mérito: Não incorporam contaminantes às pelotas, pois são decompostos durante tratamento térmico

Principais tipos comerciais: PERIDUR (CMC), ALCOTAC (PAM) e CARBINDER (HEC)

Dosagem típica: 0,035-0,060% ou 0,35-0,60kg/t mistura

Baixa dosagem, mas custo unitário elevado



FORÇAS CAPILARES NO MECANISMO DE AGLOMERAÇÃO

Compressão

Água

Tensão

Partículas

Água

Partículas



INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE ÁGUA

C

FED

BAÁgua

Partícula



HETEROGENEIDADE NO LEITO DE PELOTAS QUEIMADAS

11

22

33

44

6655

TOPO

MEIO

FUNDO

FORRAMENTO

LATERALLATERAL

FLUXO GASOSO



TRATAMENTO TÉRMICO (QUEIMA) Conferir às pelotas alta resistência mecânica e propriedades

metalúrgicas adequadas ao uso nos reatores de redução

ETAPA T (°C) FENÔMENO

Secagem 300-350 • Remoção parcial da água

Pré-Queima 600-900 • Remoção da água de cristalização

• Evitar choque térmico

Queima 1300-1350 • Consolidação das reações entre

ferro e escória

Pós-Queima 900-1000 • Homogeneização de Calor

Resfriamento 80-150 • Consolidação da qualidade

• Recuperação de calor



Reações Químicas que acontecem no interior do Forno de Pelotização

Temperatura(ºC)Vaporização H2O(l) H2O(v) 100Desidratação Ca(OH)2 CaO+H2O(2) 500

Decomposição do carbonato CaCO3 CaO + CO2 750 a 11502.C+O2 2COC+O2 CO2Al2O3 +SiO2 Al2O3.SiO22CaO + SiO2 2CaO.SiO2Fe2O3 + SiO2 + CO 2FeO.SiO2+ CO22CaOSiO2 + 2FeOSiO2 2CaO.FeO.SiO22CaO+ 2Fe2O3 2CaO.Fe2O3CaO + Fe2O3 CaO.Fe2O3CaO +2Fe2O3 CaO.2Fe2O33FeO +1/2O2 Fe3O4 Resfriamento3Fe2O3 +CO 2Fe3O4 + CO2 Zona de queima

Reação Química

Formação dos silicatos

Formação das calcio -ferritas

Formação da Magnetita

Combustão do coque

600 a 1300

700 a 1400



REQUISITOS DE QUALIDADE DE PELOTAS Composição química adequada ao balanço de massa global

da carga metálica da unidade de redução

Baixos teores de elementos deletérios (P, S, Na2O, K2O, etc)

Resistência física suficiente para resistir ao manuseio e transporte sem geração excessiva de finos

Distribuição granulométrica estreita (9 -16 mm)

Alta redutibilidade

Baixa tendência ao inchamento

Baixa desintegração sob redução

Baixa tendência à colagem

Boas propriedades de amolecimento e fusão



CONTROLE DE QUALIDADE NA PELOTIZAÇÃO

ENSAIOS QUÍMICOS

Espectrometria de raio-X : FeT, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, P, Mn, TiO2

Forno LECO: C e S

Espectroscopia de Absorção Atômica: Na2O, K2O, Pb, Cu, Ni, Zn, Co, V, Cr

Via úmida: FeO, PPC e confirmações especiais




ENSAIOS FÍSICOS

Granulometria de Pelotas Queimadas Peneiras: 6,3 / 9,5/ 10,0/ 12,5 / 16 e 18 mm

Abrasão: Simular operações de manuseio e transporte Índice de Tamboramento (% > 6,30 mm) Índice de Abrasão (% < 0,50 mm)

Resistência à Compressão (daN/p) 250 pelotas de amostra de produção 120 pelotas de amostra de embarque trens




ENSAIOS METALÚRGICOS Inchamento: Aumento de volume na transformação de

hematita a magnetita (redução)

Degradação: Geração de finos durante a redução Ensaio Estático (RDI) Ensaio Dinâmico (LTD) Índices: % > 6,30 mm e % < 3,15 mm

Redutibilidade: Taxa de remoção de oxigênio

Colagem: Tendência à formação de cachos durante a redução (pelotas de redução direta)

Liberação de Enxofre: (pelotas de redução direta)



size distributionchem. Analysiscrushing strength ISO 4700tumbler test ISO 3271

500 °C disintegration ISO 13930ISO 4696-1/2

700 °C decrepitation ISO 8371900 °C reducibility (rel.) ISO 7215

swelling ISO 4698950 °C reducibility (rel.) ISO 4695

1050 °C reduction under load ISO 79921100 °C reactivity of coke

1600 °C softening, melting, dripping (REAS)



BALANÇO DE MASSA

Mistura de minério e insumos: Base seca Massa e Composição Química Objetivo de atender a qualidade da pelota



CONSTITUINTES DA PELOTA

• MINÉRIO

• CALCÁRIO

PELOTA • COQUE

• BENTONITA



BALANÇO QUÍMICO PELOTIZAÇÃO DE FÁBRICA

• MINÉRIO

SiO2

• CALCÁRIO

SiO2SÍLICA PELOTA

• COQUE

SiO2

• BENTONITA

SiO2



COMO SECAR UM RESULTADO

Minério = 700 tu/h KB02 / umidade 10,7%

700 x [(100-10,7)/100] = 700 x 0,893 = 625 ts/h Minério + Coque + Calcário(KB02)



COMO UMIDECER UM RESULTADO

Minério = 625 ts/h KB02 / umidade 10,7%

625 / [(100-10,7)/100] = 625 / 0,893 = 700 tu/h Minério + Coque + Calcário(KB02)



DOSAGEM DE INSUMOSAlim. Moagem(MINÉRIO) = 700 t/h

% Calcário Set-Point = 4,5% - umidade 2%

% Coque Set-Point = 1,5 % - umidade 7%

Calcário = 700 t/h x (4,5 / 100) = 31,5 ts/h

Coque = 700 t/h x (1,5 /100) = 10,5 ts/h

BALANÇO BASE SECA PORÉM A BALANÇA “ENXERGA” tu

31,5 / [(100 – 2 )/100] = 31,5/0,98 = 32,14 tu/h

10,5 / [(100 – 7 )/100] = 10,5/0,93 = 11,29 tu/h



EXEMPLO 1Minério AL-KM = 650 t/h SiO2 PF = 3,0% Dosagem Bentonita = 6,8 kg/t

Umidade Bentonita = 12 % SiO2 da Bentonita = 65,0% Umidade do Calcário = 2,0%

Set-Point de Basicidade = 0,75 CaO do Calcário = 54,0% Set- Point de Coque = 1,5%

• SiO2 Total• CaO

Necessário

• % Calcário Necessário

• ts/h Calcário

• tu/h Calcário

PASSOS PARA O CÁLCULO

- Quantas tu/h de calcário necessito ?



EXEMPLO 1Minério AL-KM = 650 t/h SiO2 PF = 3,0% Dosagem Bentonita = 6,8 kg/t

Umidade Bentonita = 12 % SiO2 da Bentonita = 65,0% Umidade do Calcário = 2,0%

Set-Point de Basicidade = 0,75 CaO do Calcário = 54,0% Set- Point de Coque = 1,5%

- SiO Total = SiO2 do PF + SiO2 que a Bentonita agrega na pelota

SiO Total = 3,0 + ( 0,68 x 0,65 x 0,88) = 3,38 %

- Quantas tu/h de calcário necessito ?

- Basicidade Binária = CaO / SiO2 Total

- % Calcário Necessário = CaO Necessário / CaO do Calcário

2,54 / 0,54 = 4,7 % de Calcário

Calcário (ts/h) = 650 x [ (4,7 + 0,68 + 1,5)/100] = 650 x [ 6,88/100] = 650 x 0,0688 =

44,72 ts/h

0,75 = CaO x 3,38 = 2,54 % de CaO Necessário

- Calcário (ts/h) = AL-KM(t/h) x [ 100 – (%Calcário + % Bentonita + % Coque)]/100

- Calcário tu/h = 44,72 / [(100-2)/100] = 44,72 / 0,98 = 45,63 tu/h



Estatística Básica

O objetivo da estatística é estudar conjuntos de dados para tirar parâmetros,que possibilitarão decisões.Parâmetro é um elemento numérico usado para caracterizar todo o conjunto.Exemplos:

Média aritmética

Média ponderada

Mediana

Amplitude

Desvio Padrão

Coeficiente de variação



Média Aritmética:

De uma série de N valores X1,X2,X3,....Xn é por definição:

X = x N= número de valores

N

Média Ponderada:

Xp – De uma série de N valores X1,X2,X3,....Xn em relação ao peso P de cada X1 é por definição:

Xp= P.X

P



Mediana:

A Mediana de uma série de N termosX1,X2,X3,...Xn,colocados em ordem crescente ou decrescente de valor , é o termo da série que é precedido e seguido pelo mesmo número de ocorrências.

Quando asérie é constituída de um número (N) impar de termos, a posição(P) da mediana é dada por P= (N+1)/2.

Quando a série é constituída de um mesmo (N) par de termos ela terá dois valores centrais, convencionam-se então que seria:

P’=N/2 e P” = (N/2) +1



Amplitude:

É definida como a diferença entre os valores extremos da série de N elementos X1,X2,X3,....Xn, ou seja:

A= Xmáx – Xmín

Desvio Padrão:

É a mais importante medida de variabilidade e é representada por ( letra grega sigma). Assim, de uma série de N termos X1,X2,X3,....Xn é média quadrática dos desvios calculados em relação à média aritmética da série.Ou seja:

= √

N (xi –x)²



Coeficiente de variação:

Mede percentualmente a relação entre desvio padrão e a média aritmética.

V= 100

X



Amostragem

Definições:

População é um conjunto de elementos de um universo que têm em comum determinadas características.

Amostra é todo o conjunto com número menor de elementos do que a população.A amostra é parte da população.

Razões para amostragem:

- Existência de populações infinitas

- Para avaliação de população tão grande que para fins práticos pode ser admitida como infinita

- Economia

-Para maior precisão

Tipos de Amostragem:

- Casual = Aleatória ou por sorteios

- Sistemática = Definida a priori por tempo, massa, número etc...

-Estratificada= Definida por diferenças de grupos da população

- Conveniência = Definida por facilidade de acesso a determinados elementos.

Obs: no caso de Fábrica todas as amostras de rotina são do tipo sistemática.



Amostragem - Preparação - Ensaios

Considerando erros inerentes aos processos alguns cuidados devem ser tomados em cada etapa:

-Amostradores: Limpos,sem avarias e com medidads corretas.Abertura mínima do cortador = 3X medida da maior partícula do material a ser amostrado.

-Recipientes : Limpos e estanques para evitar contaminação/alteração de características da amostra.

- Manuseio/Transporte : Vasilhas vedadas para evitar derramamento, especialmente de polpas com consequente perda de representatividade.

-Amostragem: corte de todo fluxo do material amostrado especialmente para caso de polpas e pelotas onde pode ocorrer segregação. O corte deve ser feito sem ocorrência de transbordo do amostrador/cortador.



Símbolo Grandeza NomeKW Potência quilo wattMW Potência mega wattA Corrente elétrica Ampere

V Tensão Elétrica voltHZ Frequência hertz

KWh Trabalho Mecânico quilowatthoradaN Força decanewton

t Massa toneladacal/g Poder Calorífico cal por gramaKcal Energia Térmica quilocalMcal Energia Térmica megacalbar Pressão mbar( 10,206mca) ou 1bar(10,206mmca)

mbar Pressão milibarmmhg Pressão milimetro de mercúrioMcal Pressão metro coluna d'água

Kgf/cm² Pressão quilogramaforça por centímetro quadradom³/h Vazão metro cúbico por horaBTU Energia Térmica BTU(unidade térmica britânica=252cal= 0,252Kcal

oC Temperatura graus celsius ou centígrado Comprimento micrometro(milionésima parte do metro)

mm Comprimento milimetro( milésima parte do metro)cm²/g Superfície Específica Blaineg/cm³ Massa Específica grama por centímetro cúbicoKg/l Massa Específica densidade =m/v

Unidades de Medida Usuais em Pelotização



Características do Sistema Água-Sólidos

Símbolos Descrição Unidadef Conteúdo de sólidos seco em 01 litro de polpa g/l

Pm Concentração de sólidos na polpa em % de peso %Pf Concentração de sólidos na polpa em % de volume %L Peso de 01 litro de polpa g/l

Pe Peso específico de sólido(função do teor de Fe) g/cm³

Conhecidos um desses fatores e o peso específico possível é calcular todos os outros através das fórmulas seguintes:

f= (L –1000).Pe ou f = 1000. Pm Obs: Pesos específicos mais comuns na moagem

Pe –1 100 – Pm

Pm = (L-1000).Pe . 100 ou Pm = f

L – (Pe –1) 1000 – f + f Pe

Pe

L= (1000 – f ) + f ou L = 1000 + 10Pf(Pe –1)Pe

Al KM =4,98 g/cm³ 66% FeAL SFs = 4,76 g/cm³ 62,5%FePFM = 5,00 g/cm³ 67.5%Fe

e na filtragem



Estocagem e Homogeneização



OBJETIVOS

Formação de Reservas

Formação de pilha Pulmão

Estoque regulador

Homogeneização de flutuações de qualidade



Problemas Especiais de Estocagem em Pilhas

Desprendimento de poeiras

Segregação granulométrica

Degradação granulométrica

Compactação



Práticas Operacionais de Empilhamento

Método Chevron

Método Windrow

Método Windrow Modificado ( Six Row )

Método Cone Shell

Método Strata.



Empilhamento pelo Método Cone Shell



EMPILHAMENTO / HOMOGENEIZAÇÃO

Windrow ModificadoChevron

Aditivos



Equipamentos Utilizados na Operação de Empilhamento

Empilhadeira com Lança Fixa e Única

Empilhadeira com Lança Única

Empilhadeira com Lança Dupla

Empilhadeira com Lança Única e Torre Giratória

Empilhadeira com Lança Fixa e Correia Retrátil



Empilhadeira de lança dupla



Práticas Operacionais de Retomada

Retomada pela Face Lateral da Pilha

Retomada da Secção Transversal

Retomada Pela Face Frontal



Retomada por secção transversal ( Bancadas )

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