metalurgia & materiais - scielo

97REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(2): 97-102, abr. jun. 2003

Metalurgia & Materiais

ResumoEsse artigo apresenta uma análise crítica da metodo-

logia empregada para avaliação técnica rotineira de finosde minérios de ferro para sinterização, tanto por parte dassiderúrgicas, quanto pelas minerações brasileiras, combase apenas no controle granulométrico e químico. Su-gere-se a realização da caracterização mineralógica daspartículas nucleantes, intermediárias e aderentes dosinter feed, visando à otimização do processo e à melho-ria da qualidade intrínseca do produto, destacando osprincipais atributos que devem constituir a sua identida-de microestrutural. Vislumbra-se, para os próximos anos,uma verdadeira revolução nos critérios que norteiam aanálise técnica de minérios para os processos industriaisde aglomeração.

Palavras-chave: processo de sinterização, minério de ferro,caracterização mineralógica.

AbstractThis paper provides a critical analysis of the

methodology used in Brazil for routine technicalevaluation of iron ore fines used in the sintering processbased uniquely on chemical and granulometricparameters. The mineralogical characterization ofadherents, intermediates and nucleantes particles ofsinter feed and the main attributes that should constituteits microstrutural identity have been highlighted. Itshould contribute a great deal to optimize the processparameters during the various stages of the sinteringprocess as well as promote better intrinsic sinter quality.Based on these concepts, it is expected that in futureyears, significant criterias will be developed fortechnical analysis of iron ores fines used inagglomeration industry.

Keywords: sintering process, iron ore, mineralogicalcharacterization.

Avaliação técnica de minérios de ferro parasinterização nas siderúrgicas e minerações

brasileiras: uma análise críticaCláudio Batista Vieira

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Carlos Alberto Rosière�� "��)��$��" %��#"��'�� &#� ��&��(�

Eloisio Queiroz Pena�� !��"��"�"#��#� ��"��#��

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Paulo Santos Assis��)�� !��"��

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REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(2): 97-102, abr. jun. 200398

1. IntroduçãoA produção de sínteres com quali-

dade química, mecânica e metalúrgicaelevada, associada a uma alta taxa deprodutividade e baixo consumo de ener-gia, está relacionada, entre outros fato-res, com a qualidade intrínseca dos mi-nérios de ferro empregados na mistura asinterizar. Na maior parte das usinas si-derúrgicas brasileiras, o sínter é produ-zido a partir de uma mistura compostapor vários minérios, sendo que em al-guns casos são empregadas dezenas detipos diferentes. Critérios técnicos e eco-nômicos são sempre usados para se es-tabelecer uma situação ideal.

Um dos pontos-chave do proces-so de sinterização é o emprego de umametodologia consistente para avaliaçãoda qualidade intrínseca dos minérios eotimização dessa mistura de modo a seobter uma melhor performance desseprocesso nas etapas de aglomeração aquente e a frio, além de se buscar umamaior adequação do comportamento dosínter no interior do alto-forno.

Os minérios brasileiros apresentamestruturas internas muito variadas, de-vido às diferentes condições de meta-morfismo, tectonismo e intemperismo aque foram sujeitas, ou, mesmo, em virtu-de de sua gênese. Dessa forma, origina-ram-se minérios com diferentes consti-tuintes mineralógicos, trama, tamanho emorfologia dos cristais, tamanho e mor-fologia dos poros, porosidade, forma esuperfícies das partículas, etc. (Rosière,1996; Vieira,1996; Rosière et alii, 1997).

Apesar disso, as característicasestruturais têm sido negligenciadas nocontrole do processo de sinterização. Aavaliação técnica de finos de minériosde ferro brasileiros, tanto por parte dasminerações, quanto das siderúrgicas,tem sido rotineiramente baseada apenasna caracterização granulométrica e quí-mica dos componentes da mistura. Emfunção dessa lacuna existente, apresen-ta-se, nesse trabalho, uma análise críticaa respeito do tema em questão.

2. Minérios de ferrobrasileiros

Os minérios brasileiros são pratica-mente todos do tipo hematítico e podem

ser divididos em diferentes categoriastipológicas apresentadas na Tabela 1(Rosière et alii, 1997; Vieira et alii, 1999).Em sua maioria são anidros e possuemalto teor de ferro e, quando comparadoscom os minérios australianos, apresen-tam baixo teor de alumina. Os valores deperda ao fogo e de Fe2+ são geralmentebaixos (Caporali et alii, 1998). Diferentestipos de cristais de hematita (especular,martita, granular, microgranular, etc.), comtamanhos de cristais variando de 1µmaté 1000 µm, são encontrados nos tiposde sinter feed existentes. Além disso,existem diferentes tipos de trama dos cris-tais, tais como granoblástica, lepidoblás-tica, granolepidoblástica, etc. (Rosière,1996; Rosière et alii, 1997). Ademais, osminérios podem conter diferentes cons-tituintes mineralógicos acessórios, taiscomo quartzo, caulinita, gibbsita, etc.,contendo, ainda, diferentes valores deporosidades e de diâmetro dos poros(micro, meso e macro), que têm forte in-fluência nas etapas de aglomeração a frioe a quente de finos minérios de ferro.

3. Classificação daspartículas deminérios quanto àcapacidade demicroaglomeração

A mistura de sinterização, consti-tuída por diversas matérias-primas ecombustível, apresenta uma ampla faixagranulométrica, desde partículas mais fi-nas até as mais grosseiras.

Essas partículas, antes de seremcarregadas na máquina de sinterizar, sãosubmetidas a uma etapa industrial muitoimportante, denominada de etapa de mi-croaglomeração, onde são misturadas emum tambor em condições controladas develocidade de rotação, tipos de revesti-mento, adição de água e fator de ocupa-ção da mistura. O ajuste dessas variá-veis permite controlar o movimento daspartículas (regime cascata), de modo que,após um determinado tempo de residên-cia, tem-se a produção de microaglome-rados, que irão constituir o leito da má-quina de sinterizar. Esses microaglome-rados são formados por um núcleo, que

são preferencialmente de partículas gros-sas de minérios ou de sinter retorno, co-bertas por uma camada aderente de par-tículas finas de minérios, combustíveis efundentes. Em função da eficiência des-sa etapa de microaglomeração, as partí-culas da mistura de minérios podem serclassificadas em nucleantes, intermediá-rias e aderentes.

Na Tabela 1, é apresentada uma ilus-tração da classificação adotada pela Ni-ppon Steel (Ishikawa et alii, 1982) queestabelece que as partículas do sinterfeed com tamanho acima de 0,7mm sãoconsideradas como nucleantes, abaixode 0,7mm e acima de 0,2mm, como inter-mediárias e abaixo de 0,2mm, como ade-rentes. De acordo com esse trabalho ede diversos outros da literatura, que pro-põem outras classificações diferentes, amistura deve conter a menor quantidadepossível de partículas intermediárias euma relação nucleantes/aderentes ade-quada de modo a propiciar uma boa per-meabilidade de carga durante a sinteri-zação (Araújo Filho et alii, 1986; Noguei-ra, 1987; Caporali et alii, 1998).

4. Qualidade deminérios de ferropara sinterização

A composição química da misturade minérios de ferro para o processo desinterização é estabelecida em função dasespecificações da composição químicado sínter para uso nos altos-fornos.Ademais, existem outras exigênciasquanto aos teores de certos constituin-tes que prejudicam a qualidade metalúr-gica e/ou mecânica do sínter e dos pro-dutos subseqüentes, tais como o ferro-gusa e aço.

De um modo geral, tem-se o con-trole dos teores de Fe

Total, SiO

2, Al

2O

3, P,

Mn, K2O, Na

2O e PPC dos minérios da

mistura, cujos limites de especificaçãovariam para cada empresa. Nos proces-sos siderúrgicos, objetiva-se o empregode finos de minérios com altos teores deferro e baixos teores de ganga e de impu-rezas.

Sabe-se que a distribuição granu-lométrica dos minérios afeta, de forma


Tabela 1 - Descrição geral dos tipos e das características intrínsicas de partículas do sinter feed de minérios de ferro brasileirose da estrutura ideal do microaglomerado produzido na etapa de aglomeração a frio (Ishikawa et alii, 1982; Araújo Filho et alii, 1986;Rosière, 1996; Vieira et alii, 1999).

AderentesSão partículas que formam a camada aderente ao redor do núcleo no microaglomerado. Podem apresentar diferentes

características mineralógicas de modo a influenciar fortemente os fenômenos de aglomeração a frio e de formação da fase líquida durante a queima e na qualidade intrínseca do sínter formado .

Nucleantes 1

São os nucleantesideais, pois são mais efetivos com relação acapacidade de

formar a camada aderente

SupergrossasNão apresentam a capacidade de aderir as partículas

mais finas ao seu redor e não contribuem para o fenômeno de microaglomeração a frio. Devem serminimizadas na composição da mistura a sinterizar 6,3 mm

3,0 mm

1,0 mm ou

0,7 mm

0,105mm

0,3 mm ou

0,2 mm

Nucleantes 2

Nucleantes

Apresentam a capacidade de aderir as partículas

mais finas ao seu redor e constituem-se nos

núcleos dos aglomerados.São partículas policristalinas anidras ou hidradatas e não devem participar

efetivamente no fenômeno de formação de líquido durante a queima. Deve-se controlar a quantidade de partículas

nucleantes goethíticas (altos valores de PPC e de P) de modo a evitar alta contração e formação de grandestrincas no bolo de sinterização e aumento do teor de fósforo no

sínter e no gusa.

Podem apresentar diferentes tipos de tramas,constituintes mineralógicos,

tamanhos de cristais, graus de porosidade e tipos de superfícies.

Essas características influenciam os parâmetros de redutibilidade, degradação durante redução e

de amolecimento e fusãodo sínter.

Não devem conter sílicaoclusa na sua estrutura ou mesmo

na forma liberada.

Superfinas São partículas de pellet feed. Sua participação no sinter feed deve ser minimizada. Contribuem fortemente para

diminuir a permeabilidade do leito a sinterizar. A alumina nessa fração aumenta o RDI (Reduction Degradation Index) do sínter.

Tramas das Partículas Nucleantes

Granoblástica: Cristais xenomorfos de hematita complexamente intercrescidos (Ex. Minas de Mutuca, C. Feijão,Carajás, etc.)

Lepidoblástica: Cristais orientados de hematita ao longodo plano basal (Ex. Minas de Andrade, Cauê, Morro Agudo, etc.)

Mosaico: Cristais de bordas retas sem orientação preferencial.(Ex. Minas de Casa de Pedra, Cauê, Andrade, etc.).

Microgranular: Hematita microcristalina disposta em uma trama granoblástica (Ex. Minas de Carajás e Corumbá).

Treliça: Cristais alongados sem orientação preferencial(Ex. Minas de Carajás) .

Intermediárias

Essas partículas não se comportam nemcomo nucleantes e nem como aderentes.

Devem ser minimizadas na composição da mistura a sinterizar.

Estrutura ideal do microaglomerado (a frio)Partículas do sinter feed

Tipologia das Partículas Aderentes e Nucleantes:

Especularíticas (Ex. Minas de Cauê, Andrade, etc.).Martíticas ( Ex. Minas da Mutuca, C. Feijão, etc.).Granulares (Ex. Mina do Pico, etc.).Microgranulares (Ex. Minas de Carajás).Magnetíticas (Ex. Mina de C. de Feijão, etc.).Goethíticas (Ex. Minas de Alegria, Capanema, etc.).


acentuada, as etapas de aglomeração afrio e a quente do processo de sinteriza-ção. Por isso, torna-se importante con-trolar as porcentagens das partículassupergrossas, nucleantes, aderentes,intermediárias e superfinas da mistura asinterizar.

A moderna tecnologia de sinteriza-ção, visando a otimizar produtividade ebaixo consumo de energia no processo,tem como diretriz a produção de sínteresconstituídos por uma parte fundida eoutra não fundida. Em contraste com ossínteres produzidos em décadas passa-das, chamados de sínteres homogêne-os, onde se tinha praticamente todo ma-terial fundido, tem-se atualmente explo-rado a produção de sínteres heterogê-

Figura 1 - Microestrutura ideal do sínter de minério de ferro (modificada de Ishikawa et alli, 1982; Ishikawa et alli, 1983; Dawson,1993;Pimenta e Seshadri, 2002 a, b).

Sínter Heterogêneo

Constituído por uma parte fundida (devido àfusão das partículas aderentes da mistura a sinteri-zar) e por uma parte não fundida (partículas do miné-rio residual, isto é, das partículas nucleantes).

Maior redutibilidade do sínter com:

• mais ferrito de cálcio acicular (em lugar de ferrito de cálciocolunar);

• mais hematita granular em matriz de silicatos vítreos;• núcleo não fundido policristalino (com baixo grau de

anisotropia cristalina) poroso constituído de cristais detamanho pequeno;

• pouca quantidade dos constituintes faialita (2FeO.SiO2)

e hematitas secundárias;• controle do teor máximo de magnetita;• controle do volume e da composição química da parte

fundida;• controle do volume, da estrutura e do tamanho dos poros.

Menor RDI do sínter com:• trama granoblástica do minério residual (partículas

nucleantes), ou seja, do núcleo não fundido do sínter;• menor quantidade de hematita secundária romboédrica

esqueletiforme na matriz fundida;• menor quantidade de Al

2O

3 e TiO

2 na rede cristalina das

hematitas secundárias;• controle do volume e da composição química da parte

fundida.

Maior resistência mecânica do sínter com:

• controle do volume e da composição química da partefundida;

• controle do volume, da estrutura e do tamanho dos poros(micro, meso e macro);

• poucas trincas.

neos, onde a parte não fundida aumen-tou significativamente, atingindo pata-mares de 30% a 40%, ou mais, da área daseção do aglomerado (Nogueira, 1987).Nesse sentido, procura-se preservar osnúcleos dos microaglomerados duranteo processamento térmico na máquina desinterizar e permitir a fusão somente daspartículas aderentes com o menor apor-te térmico possível. Os fundentes devemser empregados como partículas aderen-tes, para que, após a queima da mistura,venha compor a parte fundida do síntercom características mais homogêneaspossíveis.

Um ciclo térmico apropriado deveser empregado, a fim de obter-se um sín-ter com uma microestrutura ideal, mos-

trada na Figura 1, capaz de garantir umexcelente comportamento no interior doalto-forno, devido às suas excepcionaispropriedades mecânicas, químicas e me-talúrgicas. Deve-se controlar a tempera-tura máxima de sinterização de modo aevitar que o sínter produzido tenha umamicroestrutura rica em hematita secun-dária romboédrica esqueletiforme e ferri-tos de cálcio colunar (Ishikawa et alii,1982; Ishikawa et alii, 1983; Dawson, 1993;Pimenta e Seshadri, 2002 a).

A concepção de produzir sínterescom microestrutura desejada para os al-tos-fornos aliada a uma alta produtivi-dade e baixo consumo de energia namáquina de sinterizar é fortemente de-pendente de diversas variáveis de pro-


cesso, assim como do conhecimento dosatributos microestruturais dos minériosde ferro em conjugação com suas carac-terísticas granuloquímicas.

Diversos estudos na literatura têmdiscutido a importância e a relação exis-tente entre as características microestru-turais dos finos de minérios e a eficiên-cia das etapas de aglomeração a frio e aquente no processo de sinterização e naqualidade final dos sínteres. A seguir,são apresentadas algumas conclusõesapresentadas nesses estudos.

• A presença de finos de minérios limo-níticos influencia a temperatura de fu-são das partículas aderentes (Sato etalii, 1986).

• O tamanho, a forma e a distribuiçãodos cristais e poros das partículas nu-cleantes do sinter feed, entre outrosfatores, influenciam a redutibilidadedos sínteres (Goldring & Fray, 1989).

• O uso de minérios hidratados afeta areação entre a fase líquida e o núcleodurante o processo de sinterização(Pereira, 1992).

• Os fatores de tamanho de cristal e pro-porção de minérios hidratados, junta-

mente com minérios hematíticos com-pactos na mistura de sinterização, con-tribuem para melhorar a redutibilidadedo sínter (Pacheco et alii, 1997).

• Minérios goethíticos têm um efeitomarcante na estrutura da parte fundi-da do sínter, influenciando na forma-ção de ferritos de cálcio, escória vítreae porosidade, fatores que, por sua vez,controlam os parâmetros metalúrgicose mecânicos do sínter, tais como redu-tibilidade, resistência, RDI (ReductionDegradation Index), etc. (Hsieh &Whiteman, 1993).

• A intensidade de degradação granu-lométrica dos sínteres, durante redu-ção em baixas temperaturas, é forte-mente influenciada pelos seus tiposde constituintes microestruturais epela presença de Al

2O

3 e TiO

2 na rede

cristalina das hematitas secundárias(Pimenta & Seshadri, 2002 a,b).

Dentro desse contexto, a Tabela 2apresenta um roteiro dos principais pa-râmetros mineralógicos, microestruturaise granulométricos que devem constituira identidade estrutural do sinter feed.Esses atributos devem ser avaliados jun-

tamente com as suas características quí-micas. O desconhecimento desses atri-butos, assim como os da mistura a sinte-rizar, dificulta substancialmente a otimi-zação dos fatores produtividade, quali-dade e custo, que constituem o alicerceda sobrevivência desse processo deaglomeração.

5. Cenários futurosda comercializaçãode minérios de ferro

São previstas mudanças significa-tivas nas relações entre fornecedores econsumidores de finos de minérios parasinterização no mercado brasileiro e in-ternacional. Numa primeira fase, as mi-nerações estarão fornecendo aos seusclientes, além da análise granuloquími-ca, a constituição mineralógica dos mi-nérios.

Nesse sentido, muitas empresasinvestirão ou já estão investindo naelaboração de modelos tridimensionaisgeológicos-tipológicos de suas jazidas,permitindo ao planejamento de lavra in-corporar critérios mineralógicos na com-posição dos “blends” de minérios. De

Tabela 2 - Principais atributos que deverão constituir a identidade estrutural de finos de minério de ferro para uso em sinterização(Vieira et alli, 1999).

Parâmetro de Controle Descrição Influência no sínter Influência na sinterização

Constituintes mineralógicos das partículas aderentes,

intermediárias e nucleantes.

Caracterização mineralógica quantitativa das fases presentes por meio de microscopia ótica

de luz refletida.

Microestrutura, porosidade, redutibilidade, RDI, resistência,

parâmetros de amolecimento, fusão e gotejamento.

Afeta fortemente a eficiência da etapa de microaglomeração, rendimento da

mistura, consumo de energia e produtividade do processo.

Tamanho dos cristais das partículas nucleantes.

Tamanhos extremos e moda dos valores por meio de microscopia ótica de luz refletida.

Redutibilidade.

Trama das partículas nucleantes.Avaliação qualitativa por meio de

microscopia ótica. RDI e redutibilidade.

Forma e tipos de superfícies das partículas nucleantes,

intermediárias e aderentes.

Avaliação da forma via lupa binocular e microscopia ótica de luz refletida.

RDI e resistência.

Porosidade total, forma e tamanho dos poros de partículas

nucleantes.

Grau de porosidade e tamanho dos poros via microscopia ótica de luz refletida e

porosímetro de mercúrio.Resistência e redutibilidade.

Afeta a qualidade metalúrgica e mecânica do sínter.

Afeta a eficiência da etapa de microaglomeração a frio, permeabilidade

do leito a sinterizar e produtividade do processo.

Relação % nucleantes / %aderentes, % de partículas

intermediárias, e % de partículas acima de 1,0 mm (Parâmetro

granulométrico).

Avaliação por meio de análise granulométrica.

Redutibilidade, resistência e RDI.


forma ilustrativa, pode-se citar que essasituação já é uma realidade na empresaSamarco Mineração S.A., onde o con-centrado produzido na usina de benefi-ciamento (Unidade de Germano, municí-pio de Mariana/MG) é fornecido para aunidade de pelotização (Unidade de Pon-ta Ubu, município de Anchieta/ES), obe-decendo a critérios rigorosos de contro-le de qualidade sob o aspecto de com-posição mineralógica (Costa et alii, 1998).

Numa segunda fase, informaçõescomplementares a respeito da estruturadesses “blends” também serão forneci-das aos consumidores, tais como ordemde grandeza do tamanho do cristal(moda), tipo de trama, etc. Entretanto, énecessário que os envolvidos na sinte-rização tenham um maior domínio de co-nhecimento a respeito dos atributos es-truturais do minério, e da mistura a sinte-rizar, que realmente interferem no trinô-mio produtividade, qualidade e custo.Muitos estudos de modelagem matemá-tica e trabalhos de pesquisa ainda preci-sam de ser efetuados nessa área paraconsolidação de uma moderna tecnolo-gia de produção de sínter.

6. Consideraçõesfinais

Em função da operacionalidade degeração e da capacidade de interpreta-ção dessas diversas informações ineren-tes ao minério, empregando recursosmais avançados (como, por exemplo, oanalisador de imagem acoplado ao mi-croscópio ótico de luz refletida e o de-senvolvimento de softwares aplicativospara minérios de ferro), é possível vis-lumbrar, para os próximos anos, uma ver-dadeira revolução nos critérios que nor-teiam a análise técnica de minérios paraos processos de aglomeração no merca-do nacional e internacional.

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Artigo recebido em 19/12/2002 eaprovado em 13/05/2003.

REM - Revista Escola de Minas

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