UTILIZAÇÃO DA POEIRA DE ACIARIA ELÉTRICA NA SINTERIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO: INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA

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1 UTILIZAÇÃO DA POEIRA DE ACIARIA ELÉTRICA NA SINTERIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO: INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA V. B. Telles 1, E. Junca 1, G. F. Rodrigues 1, D. C. R. Espinosa 1, J.A.S. Tenório 1 Av. Prof. Mello Moraes n. 2463, CEP: Cidade Universitária - São Paulo - SP Brasil. victor_bridit@hotmail.com Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais USP 1. RESUMO Este trabalho teve por objetivo estudar a utilização da poeira de aciaria elétrica (PAE), gerada na produção de aço através do forno elétrico a arco, como matéria prima na fabricação de sinter de minério de ferro. Para a caracterização do resíduo foram feitas análises granulométricas, químicas e de difração de raios -X. Os resultados da caracterização física da PAE indicaram que cerca de 90% das partículas do resíduo possuem tamanho menor que 1,78μm, e que o material possui tendência de se aglomerar. O resíduo foi submetido a um processo de préaglomeração antes de ser incorporado como matéria prima de sinterização. A influência da adição do resíduo, em diferentes granulometrias, na fabricação de sinter de minério de ferro foi analisada através da caracterização do sinter. Palavras-chave: poeira de aciaria elétrica (PAE), aglomeração, sinterização. INTRODUÇÃO A poeira de aciaria elétrica (PAE) é um resíduo gerado na fabricação de aço via forno elétrico a arco (FEA). Dependendo do tipo de sucata utilizada no processo siderúrgico e do tipo de aço produzido, a PAE pode conter quantidades significativas de zinco, chumbo, cádmio, cromo e outros metais. Assim, se o resíduo for descartado sem o devido controle podem ocorrer contaminações dos lençóis freáticos causando sérios danos ao meio ambiente (1,2). Em média, 30,7% do aço produzido no mundo foi obtido via FEA no ano de Contudo, em alguns países tais como a Noruega, Eslovênia, Croácia, Indonésia, Equador, Uruguai e Venezuela, a parcela de aço produzido através deste processo atinge 100% (3). 7380

2 A produção de aço através do FEA cresceu em mais de 119 milhões de toneladas nesses últimos anos. Em alguns países a produção de aço através do FEA também está crescendo, nos Estados Unidos (EUA) a participação deste processo na fabricação do aço foi de 58,1% no ano de 2008, enquanto que no ano 2000 este índice era de 47,0% (3). Do mesmo modo em que a legislação ambiental torna-se mais rigorosa os custos para o descarte da PAE crescem, além disso, as indústrias enfrentam mais dificuldades para encontrar áreas destinadas aos aterros. Mediante a situação, as siderúrgicas procuram alternativas para reaproveitar este resíduo. O reaproveitamento da PAE é interessante nos processos siderúrgicos tendo em vista o seu teor de ferro. Contudo a presença de zinco no interior do alto-forno é indesejável, uma parte do óxido de zinco pode se depositar nas paredes da cuba e nos condutores de saída de gases, interrompendo o seu fluxo, outra parte dos vapores pode formar incrustações no revestimento refratário do alto-forno (1). Com isso, o objetivo deste trabalho é utilizar a PAE na sinterização de minério de ferro e avaliar a melhor condição de aglomeração do resíduo com moinha de coque para a produção de um sínter com menor teor de zinco possível. MATERIAIS E METODOS Este trabalho foi desenvolvido através das seguintes etapas: Caracterização do resíduo (PAE). Pré-aglomeração da PAE (70%) misturada com moinha de coque (30%); Adição dos aglomerados no processo de sinterização de minério de ferro em diferentes granulometrias (micropelotas com diâmetro de 2,83mm-4,76mm, undersize com diâmetro de 1,0mm-2,0mm, e mistura de PAE e coque abaixo de 1mm); Caracterização química do sínter. Caracterização da PAE 7381

3 O resíduo foi caracterizado através de análises químicas por fluorescência de raios-x e titulometria para determinação do teor de ferro metálico, análise granulométrica e difração de raios-x. Pré-aglomeração da mistura de PAE e da moinha de coque A Figura 1 mostra a metodologia empregada na pré-aglomeração do resíduo e do combustível (moinha de coque). Figura 1: Metodologia empregada na fabricação dos pré-aglomerados. Primeiramente o resíduo e a moinha de coque foram classificados para retirar as frações aglomeradas da PAE e se trabalhar com o combustível em granulometria mais fina, que favorece as reações de redução dos óxidos de zinco presentes na PAE. Em seguida, os materiais foram misturados manualmente e micropelotizados em um misturador cilíndrico. Os produtos foram secos em estufa a 120 C durante 24h e posteriormente os aglomerados foram classificados em micropelotas, undersize e finos. 7382

4 A utilização da moinha de coque nos aglomerados teve por objetivo favorecer as reações de redução dos óxidos de zinco presentes no resíduo, quanto maior a quantidade de carbono mais rápida ocorre a reação (4). Foram feitos testes preliminares com outras proporções do combustível na mistura. Com 50% e 40% de moinha de coque os aglomerados apresentaram baixa resistência, devido a isso foi fixado 30% do combustível misturado com 70% de PAE. Processo de sinterização e caracterização química Foram realizados ensaios de sinterização incorporando a PAE e moinha de coque na forma de pó, micropelotas e undersize. Estas adições foram feitas sobre uma mistura de referência composta por 67% de minério de ferro (sinter feed), 24% de sínter de retorno, 6% de moinha de coque e 3% de calcário, sobre a mistura seca foi adicionado 5,5% de água. O processo foi realizado em um sinterizador do tipo intermitente e as amostras de sínter foram analisadas através da técnica de espectrofotometria de absorção atômica. Nesta análise, foram avaliados os teores de zinco presente nas amostras. RESULTADOS E DISCUSSÃO Analise química Através da técnica de fluorescência de raios-x, foram encontrados na PAE principalmente Fe (58,3%) e Zn (14,2%), a amostra apresentou também Cr (0,2%) e Ni (<0,05). Pode-se afirmar que o resíduo é proveniente da fabricação de aços planos e longos, pois a PAE obtida na fabricação de aços inoxidáveis possui concentrações menores de zinco e maiores teores de cromo e níquel. Os resultados da titulometria mostraram que 0,6% do ferro está presente na forma metálica. Análise granulométrica A Figura 2 mostra os resultados da análise granulométrica do resíduo. 7383

5 Figura 2: Distribuição granulométrica do concentrado ferroso. Os resultados mostratam que que a PAE é um resíduo fino, no qual 10% das partículas possuem tamanho menor que 0,67μm e 50% estão abaixo de 1,78μm. Esta granulometria do material está de acordo com outras pesquisas (5,6,7,8). Difração de raios-x Através da Figura 3, pode-se observar as fases encontradas na amostra de PAE. Figura 3: Difratograma da poeira de aciaria elétrica. A magnetita é a principal fase encontrada na PAE, as fases de zinco presentes são zincita e frankilinta. Além destas fases também era esperado encontrar o silicato de chumbo e a magnesioferrita, que é uma fase de espinélio formada a partir das reações que ocorrem no forno elétrico a arco. 7384

6 Alguns trabalhos relatam ainda que o cloro pode estar presente na forma NaCl, porém esta substância não foi detectada. O mesmo acontece com o chumbo, que pode aparecer como cloreto (9, 10, 11). Análise química do sínter Os resultados da espectrofotometria de absorção atômica podem ser vistos na Tabela 1. Tabela 1: Teor de zinco presente nos sínteres. Tipo de adição* Teor de Zn (%) Referência (0%) 0,02 Micropelotas (10%) 0,10 Undersize (10%) 0,57 Pó (10%) 0,51 O sínter com adição do resíduo e coque na forma de micropelotas apresentou teor de zinco (0,1%) mais próximo do sínter de referência (0,02%). Entretanto, as adições na forma de undersize e pó apresentaram valores maiores, 0,57% e 0,51% respectivamente. CONCLUSÕES Por se tratar de um resíduo fino (50% abaixo de 1,78μm) a PAE não necessita de ser submetida a um processo de moagem, porém o resíduo deve ser pré-aglomerado para não diminuir a permeabilidade da mistura de sinterização e atender as especificações granulométricas do processo. Teores de moinha de coque maiores que 30% prejudicaram a formação das micropelotas e undersize. Para a utilização do redutor em quantidades superiores, um aglomerante deve ser empregado. A adição do resíduo misturado com moinha de coque na forma de micropelotas apresentou melhores resultados em relação ao teor de zinco presente no sínter (0,1%). AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à CAPES e à Universidade de São Paulo (USP). REFERÊNCIAS 7385

7 1 MANTOVANI, M. C. Caracterização de poeiras geradas em forno elétrico a arco e seu estudo quando aglomeradas na forma de pelotas auto-redutoras. 165p. Tese (Doutorado). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, p. 4-9, DONALD, J. R; PICKLES, C. A. Reduction of electric arc furnace dust with solid iron powder. Canadian Metallurgical Quarterly. v. 35, n. 3, p , WORLDSTELL ASSOCIATION. Steel Statistical Yearbook Disponível em: < Acesso em 16 mar JYH-JEN LEE, CHUN-I LIN, and HSI-KUEI CHEN. Carbothermal Reduction of Zinc Ferrite. Metallurgical and Materials Transactions B. v.32b, p , MANTOVANI, M, C; TAKANO, C; BÜCHLER, P, M. EAF and secondary dust characterization. Ironmaking and Steelmaking, v. 31, p , SOBRINHO, P, J, N; ESPINOSA, D, C, R; TENÓRIO, J, A, S. Characterisation of dusts and sludges generated during stainless steel production in Brazilian industries. Ironmaking and Steelmaking, v. 30, p.11 17, SOBRINHO, P, J, N; ESPINOSA, D. C. R ; TENÓRIO, J. A. S. Caracterização da Poeira Gerada na Fabricação de Aço Inoxidável Visando à sua Reciclagem. Revista da Escola de Minas, Ouro Preto, v. 53, n. 4, p , MANTOVANI, M. C.; TAKANO, C; CAVALLANTE, F. L.: Caracterização de três tipos de poeiras geradas em fornos elétricos a arco. In: CONGRESSO ANUAL DA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E MATERIAIS, 53, 1998, Belo Horizonte. Anais...:ABM, São Paulo, 1998, p NYRENDA, R. L. The processing of steelmaking flue-dust: a review. Minerals Engineering, v.4, n 7-11, p , HAGNI, A; HAGNI, R; DEMARS, C: Mineralogical Characteristics of Electric Arc Furnace Dusts. Review of Extractive Metallurgy. Abril. 1991, 43, p VARGAS, A, S; MASUERO, A, B; VILELA, A, C, F: Estudo Microestrutural e determinação do calor de hidratação em pastas de cimento Portland com pó de aciaria elétrica (PAE). Ambiente construído, Porto Alegre, v. 4, n. 2, p. 7-18, ELECTRIC ARC FURNACE DUST UTILIZATION IN IRON ORE SINTERING: INFLUENCE OF PARTICLE SIZE ABSTRACT The aim of this work was to study the utilization of electric arc furnace dust (EAFD) generated in steelmaking by electric arc furnace (EAF) as raw material in iron ore sintering. The waste was characterized by size, chemical composition and X-ray diffraction. The physical characterization showed that 90% of the particles have a 7386

8 size less then 1,78µm and the material have the tendency to agglomerate. The waste were submitted to a pre-agglomeration prior to its incorporation in the sinter. The influence on the addition of the waste with different granulometry in the iron or sinter production were analyzed by sinter characterization and sintering parameters. Key-words: electric arc furnace dust (EAFD), agglomeration, sintering process. 7387