Avaliação das propriedades mecânicas e cinéticas de pelotas de minério de ferro contendo resíduo de mármore

Abstract

Pelotas de minério de ferro são usadas tanto para altos fornos quanto em processos de redução direta. No entanto, o processo de pelotização exige a adição de insumos além do minério de ferro, como calcário, bentonita e carvão. Entretanto, sabe-se que a incorporação de novos insumos influencia as propriedades físicas e químicas das pelotas de minério de ferro. Assim, o objetivo deste trabalho é investigar a substituição de calcário por resíduos de mármore no processo de pelotização de minério por meio de testes mecânicos e cinéticos a fim de avaliar o potencial emprego deste resíduo para fins metalúrgico. Para tanto, foram realizadas análise química, difração de raios-X, granulometria e termogravimetria do resíduo de mármore, bem como as análises químicas da cinza do carvão, calcário e da bentonita. Para estudar a composição química ideal das matérias primas na confecção das pelotas, foi estipulado um teor de carbono fixo entre 0,5 - 1,1%, bentonita entre 0,5 - 0,7% e basicidade binária entre 0,15 - 0,45. Os testes de desempenho foram realizados por testes mecânicos (resistência à queda, tamboramento, resistência das pelotas secas e queimadas) e químicos (cinética de redução). A investigação cinética foi realizada pelo método Forced Stepwise Isothermal Analysis com a pelota contendo 0,45 de basicidade binária, 0,5% de carbono fixo e 0,5% de bentonita (Ba0,45 – C0,5 – Be0,5) visto que esta mistura apresentou o melhor comportamento mecânico. A análise cinética foi feita na faixa de temperatura entre 700 - 1100 °C utilizando CO como gás redutor. Os resultados mostraram que o resíduo de mármore é composto principalmente por 40,22% de CaO e 13,22% de MgO, com granulometria entre 0,04 - 56,00 μm. A difração de raios-X mostrou a presença de calcita e dolomita como principais fases. As pelotas de minério de ferro contendo resíduo de mármore para a composição Ba0,45 – C0,5 – Be0,5 apresentaram uma resistência a quedas de 3,5 quedas/pelota, índice de tamboramento de 0,56%, resistência mecânica a seco de 1,53 kgf/pelota e resistência mecânica após a queima de 284,38 kgf. Os estudos cinéticos mostraram que a reação de redução das pelotas com CO ocorreram em duas etapas. A primeira, entre 700 – 800 °C, foi controlada por difusão e apresentou uma energia de ativação de 79,4 kJ/mol. Na segunda etapa, entre 850 – 1050 °C, também foi controlada por difusão. A energia de ativação foi de 157,2 kJ/mol.