Efeito do dispersante silicato de sódio alcalino na aglomeração de partículas ultrafinas de minério de ferro para o processo de sinterização em escala piloto
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Luiz Fernando Andrade de Castro
Leandro Rocha Lemos
Maurício Covcevich Bagatini
Flávio de Castro Dutra
Leandro Rocha Lemos
Maurício Covcevich Bagatini
Flávio de Castro Dutra
Resumo
A perspectiva das sinterizações brasileiras sobre a qualidade do sinter feed oriundo do
quadrilátero ferrífero aponta para a piora drástica de sua composição química e física.
Como solução, o uso de pellet feed na sinterização tem sido a alternativa adotada para
elevação do teor de ferro no sínter, mas com perdas significativas na produtividade
deste processo.
Diante deste cenário, alternativas que permitam a utilização de pellet feed sem que haja
prejuízo produtivo têm sido estudadas. Entre elas, destacam-se otimizações na etapa
de aglomeração a frio da sinterização, exemplificadas por estudos envolvendo
aglomerantes, equipamentos (misturador intensivo horizontal e vertical, disco
pelotizador, aumento do comprimento do tambor e de suas configurações, HPS,
MEBIOS e granulação seletiva). De maneira ainda incipiente, colocam-se neste grupo
estudos sobre a aplicação de dispersantes na sinterização.
O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito do silicato de sódio alcalino na
dispersão de partículas ultrafinas no processo de granulação a frio da sinterização, em
escala piloto. Primeiramente, foi necessário investigar o efeito do pH, teor de sólidos e
quantidade de dispersante na dispersão do sistema composto por calcário calcítico,
água e silicato de sódio. Para isso, utilizou-se o teste de dispersão realizado em escala
de bancada. Isso foi necessário para garantir que a polpa estivesse com o máximo de
partículas ultrafinas do calcário calcítico dispersas pelo silicato de sódio. Em escala
piloto, essa polpa substituiu a água na fabricação dos aglomerados a frio, utilizando dois
tipos de misturas de minério de ferro, nomeados como Grossa (24,7% <0,15mm) e Fina
(42,8% <0,15mm). Os aglomerados a frio foram produzidos em três rotas tecnológicas
de aglomeração a frio. Na primeira rota, o tambor foi usado para homogeneizar e
granular. Nesse momento determinou-se a umidade que proporcionou a melhor
condição de granulação, prosseguindo com esse valor para as demais rotas de
aglomeração. Na segunda rota, utilizou-se o misturador intensivo para homogeneizar,
mantendo o tambor como granulador. Na terceira rota, o misturador intensivo foi usado
para homogeneizar e granular. Para mensurar o desempenho dos aglomerados a frio
produzidos com e sem polpa, determinou-se o índice de granulação que visa quantificar
as partículas <0,25mm aderidas aos aglomerados. Além disso, a microestrutura desses
aglomerados foi avaliada por microscopia óptica.
Os resultados do teste de dispersão evidenciaram a forte influência dos fatores
investigados (pH, teor de sólidos e quantidade de silicato do sódio). A polpa com máxima dispersão foi produzida com 1,23% de calcário calcítico, pH igual a 11 e silicato de sódio
alcalino líquido (0,2mL para cada 1g de calcário calcítico). Na etapa de fabricação dos
aglomerados a frio verificou-se que 8% foi a umidade que proporcionou o melhor
desempenho dos aglomerados, para os dois tipos de misturas de minério. O efeito da
polpa de calcário com silicato de sódio foi condicionado ao tipo da mistura e à rota
tecnológica. Na rota com somente tambor, essa polpa afetou negativamente o índice de
granulação, e reduziu o tamanho médio dos aglomerados, independentemente do tipo
da mistura. Nas rotas com o misturador intensivo utilizando a mistura Fina (42,8%
<0,15mm), a polpa também reduziu o índice de granulação e o tamanho médio dos
aglomerados. Entretanto, naqueles fabricados a partir da mistura Grossa (24,7%
<0,15mm) nas rotas com misturador intensivo e tambor ou com somente misturador
intensivo, a polpa de calcário com silicato de sódio elevou os seus tamanhos médios e
os índices de granulação.
Abstract
The Brazilian sintering perspective on the quality of the sinter feeds from the
‘Quadrilátero Ferrífero’ indicates a drastic deterioration of its chemical and physical
composition. As a solution, the use of pellet feed in the sintering has been the alternative
adopted for raising the iron content in the sinter feed, but with significant losses in the
productivity of this process.
Given this scenario, projects have been evaluated that allow the use of pellet feed
without any productive damage. Among them, the alteration in the cold agglomeration
stage, exemplified by studies involving binders, equipment (horizontal and vertical
intensive mixer, pelletizing disc and drum elongation) and its configurations (HPS,
MEBIOS and selective granulation). In a still incipient way, there are few studies about
application of dispersants in the sintering.
The objective of this study was to evaluate the effect of alkaline sodium silicate on the
dispersion of ultrafine particles in cold granulation process on a pilot scale, for the iron
ore sintering process. First, it was necessary to investigate the effect of pH, solids
content and amount of dispersant in the dispersion of the system composed by
limestone, water and sodium silicate. For this, the dispersion test on a bench scale was
used. This was necessary to ensure that the pulp had the maximum of ultrafine particles
of the calcitic limestone dispersed by the sodium silicate. At the pilot scale, this pulp
replaced the water in the cold agglomerates, using two types of iron ore mixtures, named
Coarse Blend (24.7% <0.15mm) and Fine Blend (42.8% <0.15mm). Cold agglomerates
were produced on three cold agglomeration technological routes. In the first route, the
drum was used to homogenize and granulate. At that moment the moisture effect was
evaluated which the value that provided the best granulation condition was proceeding
to further agglomeration routes. In the second route, the intensive mixer was used to
homogenize, keeping the drum as a granulator. In the third route, the intensive mixer
was used to homogenize and granulate. To measure the performance of the cold
agglomerates produced with and without pulp, the granulation index was determined to
quantify the particles <0.25mm adhered to the agglomerates. In addition, the
microstructure of these agglomerates was evaluated by light microscopy.
The results of the dispersion test evidenced the strong influence of the investigated
factors (pH, solids content and amount of sodium silicate). The pulp with maximum
dispersion was produced with 1.23% of calcitic limestone, pH equal to 11 and liquid alkali
sodium silicate (0.2mL for each 1g of calcitic limestone). In the manufacturing stage of the cold agglomerates it was verified that 8% was the moisture that provided the best
performance of the agglomerates for the two types of sintering mixtures. The effect of
the limestone pulp with sodium silicate was conditioned to the type of mixture and the
technological route. In the drum route, this pulp negatively affected the granulation index
and reduced the average size of the agglomerates, regardless of the mixture type. In the
intensive mixer routes using the Fine blend (42.8% <0.15mm), the pulp also reduced the
granulation index and the average size of the agglomerates. However, in those made
from the Coarse Blend (24.7% <0.15 mm) with intensive mixer and drum or with only
intensive mixer, the limestone pulp with sodium silicate improved the average size and
the granulation index of cold aggregates.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Sinterização, Dispersão
Palavras-chave
Dispersante, Sinterização, Silicato de sódio, Calcário calcítico