REDEMAT REDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

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1 REDEMAT REDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS UFOP CETEC UEMG UFOP - CETEC - UEMG Dissertação de Mestrado ESTUDO DA INTENSIDADE DE CREPITAÇÃO DE MINÉRIOS GRANULADOS DE MANGANÊS DO BRASIL Geraldo Lúcio de Faria Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo Co-Orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira Dezembro de 2008

2 REDEMAT REDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS UFOP CETEC UEMG UFOP - CETEC - UEMG Geraldo Lúcio de Faria ESTUDO DA INTENSIDADE DE CREPITAÇÃO DE MINÉRIOS GRANULADOS DE MANGANÊS DO BRASIL Dissertação apresentada ao programa de pós-graduação em Engenharia de Materiais da Rede Temática em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de mestre em Engenharia de Materiais. Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo Co-Orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira Ouro Preto, dezembro de 2008.

3 F224e Faria, Geraldo Lúcio de. Estudo da intensidade de crepitação de minérios granulados de manganês do Brasil [manuscrito] / Geraldo Lúcio de Faria xviii, 125f.: il. color., grafs., tabs. Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo. Co-orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Rede Temática em Engenharia de Materiais. Área de concentração: Análise e seleção de materiais. 1. Crepitação - Teses. 2. Minérios de manganês - Teses. 3. Ligas de ferro - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. II. Título. CDU: (81) Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br iii

4 iv

5 A toda minha família pelo apoio e incentivo, principalmente aos meus pais Pedro e Maria, meu irmão Gilson e à querida Mariana. v

6 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo e ao meu co-orientador Dr. Cláudio Batista Vieira pelas preciosas colaborações técnicas; Ao Professor Dr. Fernando L. von Krüger pelo apoio nos ensaios preliminares; Ao auxiliar técnico Ediron por toda ajuda na preparação das amostras e nos ensaios preliminares de crepitação; Ao Departamento de Engenharia Metalúrgica da Universidade Federal de Ouro Preto (DEMET-UFOP) por ceder, gentilmente, as suas instalações para a realização dos ensaios de crepitação; Aos laboratoristas Graciliano e Paulo, do DEMET-UFOP, por toda a colaboração nos ensaios definitivos de crepitação; Ao técnico metalurgista Gilson Ataliba por suas preciosas contribuições no desenvolvimento de diversas atividades; As amigas e companheiras de trabalho Érica e Nívea; Aos bolsistas e alunos do curso de Engenharia Metalúrgica da UFOP, Fabio e Thiago, pelas contribuições na preparação das amostras destinadas à caracterização; A VALE/RDM por ceder, gentilmente, as amostras; A agência brasileira CNPq pelo financiamento da bolsa de mestrado. Aos meus queridos tios, pelo apoio incondicional; Aos meus Pais, pela oportunidade de estudar; A querida Mariana, pelo imenso companheirismo e amor; A Deus, por tudo. vi

7 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... IX LISTA DE TABELAS... XIII RESUMO...XVI ABSTRACT...XVIII 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Minério de Manganês Mineralogia do Minério de Manganês Depósitos de Minério de Manganês do Brasil Mina de Urucum Mina de Morro da Mina Mina do Azul Produção de Ferro Ligas de Manganês em Fornos Elétricos de Redução Ferro Ligas de Manganês Estrutura Interna e Descrição do Forno Elétrico de Redução Produção do FeMnAC Produção do FeSiMn Crepitação Introdução Crepitação de Minério de Ferro Crepitação de Minério de Manganês Padrões Utilizados na Avaliação do Fenômeno de Crepitação vii

8 4. METODOLOGIA Amostras Preparação das Amostras Globais Preparação das Amostras Destinadas aos Ensaios de Crepitação Medida dos Índices de Crepitação dos Produtos Granulados Selecionados Procedimentos de Caracterização RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização Granulométrica Caracterização Química Caracterização Mineralógica Determinação de Propriedades Físicas Densidade Determinação da Área Superficial e Porosidade Adsorção de Nitrogênio Análise Térmica Determinação dos Índices de Crepitação Índices de Crepitação Influencia da Umidade nos Índices de Crepitação Influência do Tratamento Térmico nos Índices de Crepitação Comparativo entre os Índices de Crepitação das Amostras de MG60 e GU, Úmidas, Secas e Tratadas Termicamente CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO viii

9 LISTA DE FIGURAS Figura Foto da cava da Mina de Morro da Mina no município de Conselheiro Lafaiete Figura Foto da Mina do Azul em Carajás Figura Representação esquemática do forno elétrico de redução Figura Eletrodos A, B e C dos fornos e silos de alimentação [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987] Figura Representação esquemática do estado interno do FER em função da temperatura [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987] Figura Representação esquemática do perfil de redução dos óxidos de manganês constituintes de um minério pirolusítico [Adaptado de BERG, 2000] Figura Diagrama expositivo das principais reações ocorridas por zonas do forno elétrico de redução [Adaptado de OLSEN, 2007] Figura Influência da umidade na crepitação de minérios de ferro [Adaptado de BIRNBAUM, 1960] Figura Influência da taxa de aquecimento na crepitação de minérios de ferro [Adaptado de ISHIZUCA, 1967] Figura Fluxograma de preparação da amostra global proveniente das minas de Morro da Mina, Azul e Urucum Figura Fluxograma de preparação das amostras na faixa de 19 a 6,3mm Figura Fluxograma da rotina utilizada nos ensaios de crepitação das amostras dos produtos granulados selecionados ix

10 Figura Fotomicrografia de luz refletida da amostra MG60 ilustrando a predominância de criptomelana Figura Imagem de elétrons retroespalhados da amostra MG60 ilustrando a predominância de criptomelana Figura Fotomicrografias da amostra GMM, acompanhadas por sua respectiva imagem de elétrons retroespalhados (ES Espessartita, AN Anfibólio) Figura Fotomicrografia de luz transmitida, com nicóis cruzados, ilustrando a fase rodocrosita na amostra GMM Figura Fotomicrografias de luz refletida da amostra GU (A e C), acompanhadas por suas respectivas imagens de elétrons retroespalhados - MEV (B e D) Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra global de MG Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra global de GMM Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra global de GU Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra (faixa de 19 a 6,3mm) de MG Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra (faixa de 19 a 6,3mm) de GMM Figura Perfil da perda de massa fornecido pelo ensaio de termogravimetria na amostra (faixa de 19 a 6,3mm) de GU Figura Gráfico comparativo entre os índices de crepitação das amostras secas de MG60, GMM e GU, na faixa de 19 a 6,3mm x

11 Figura Índice de Crepitação na malha de 6,3mm e respectivas densidades estruturais das amostras de MG60, GMM e GU secas na faixa de 19 a 6,3mm Figura Índice de Crepitação na malha de 6,3mm e respectivos volumes de poros das amostras de MG60, GMM e GU na faixa de 19 a 6,3mm Figura Amostra de MG60 preparada para ensaios de crepitação Figura Amostra de GMM preparada para ensaios de crepitação Figura Amostra de GU preparada para ensaios de crepitação Figura Fotomicrografias das superfícies de fratura de MG60 após ensaios de crepitação Figura Fotomicrografias das superfícies de fratura de GMM após ensaios de crepitação Figura Fotomicrografias das superfícies de fratura de GU após ensaios de crepitação Figura Fotomicrografias das superfícies de fratura de GU após ensaios de crepitação Figura Gráfico comparativo entre as umidades das amostras na faixa de 19 a 6,3mm de MG60, GMM e GU Figura Gráfico comparativo entre os índices de crepitação, medidos a 700 o C, das amostras úmidas de GMM, MG60 e GU, na faixa de 19 a 6,3mm Figura Índice de Crepitação na malha de 6,3mm e respectivas umidades das amostras de MG60, GMM e GU na faixa de 19 a 6,3mm Figura Gráfico comparativo entre os índices de crepitação das amostras de MG60 e GU, na faixa de 19 a 6,3mm, tratada termicamente xi

12 Figura Comparativo entre os índices de crepitação e os desvios padrão da amostra de MG60, úmida, seca e tratada termicamente Figura Comparativo entre os índices de crepitação e os desvios padrão da amostra de GU, úmida, seca e tratada termicamente Figura Participação dos procedimentos de secagem e de tratamento térmico na redução dos índices de crepitação da amostra de GU Figura Participação dos procedimentos de secagem e de tratamento térmico na redução dos índices de crepitação da amostra de MG Figura A1 Distribuição granulométrica das amostras globais de MG60, GMM e GU xii

13 LISTA DE TABELAS Tabela Classificação dos minérios de manganês em função do teor de manganês, segundo OLSEN (2007) Tabela Classificação dos minérios de manganês em função do teor de manganês, segundo ABREU (1973) Tabela Classificação metalúrgica dos minérios de manganês em função dos teores de Mn, Fe, SiO 2, Al 2 O 3, P, Cu, Pb e Zn [MARANHÃO, 1985] Tabela Produção e consumo mundial de minério de manganês segundo o International Manganese Institute Tabela Classificação dos principais minerais de manganês e suas respectivas fórmulas químicas, segundo GONÇALVES e SERFATY (1976) Tabela Classificação quanto à formação geológica de minas que são ou foram de grande importância no Brasil [GONÇALVES e SERFATY (1976)] Tabela Classificação dos minérios de manganês da mina de Urucum segundo estudos de SCHNEIDER (1984) Tabela Faixa dos teores de álcalis presentes nos minérios das fácies do membro Córrego das Pedras, do tipo Urucum [GONÇALVES e SERFATY (1976)] Tabela Classificação das unidades manganíferas segundo GONÇALVES e SERFATY em Tabela Classificação, segundo AMEC em 2006, dos tipos de materiais enriquecidos em manganês presentes na Mina do Azul Tabela Características mineralógicas e microestruturais avaliadas via microscopia óptica de luz refletida, das amostras do minério A (Produto) e do minério B (ROM e Produto) [CORRÊA et al, 2007] xiii

14 Tabela Resultados dos ensaios de crepitação das amostras de minério de ferro A e B [CORRÊA, 2007] Tabela Índices de crepitação dos minérios B ROM (20mm a 25mm), B ROM (6,35mm a 16mm) naturais e britados [CORRÊA, 2007] Tabela Composição química do minério de manganês estudado por YOSHIKOSHI (1983) Tabela Identificação das amostras a serem estudadas Tabela Análise química dos produtos granulados de minério de manganês na faixa de 19 a 6,3mm Tabela Resumo dos minerais identificados na faixa de 19 a 6,3mm dos produtos granulados MG60, GMM e GU Tabela Densidades aparentes, estruturais e porosidades calculadas das amostras de MG60, GMM e GU, na faixa de 19 a 6,3mm Tabela Principais parâmetros definidos pela técnica BET para as amostras na faixa de 19 a 6,3mm de MG60, GMM e GU Tabela P.P.C das amostras globais dos minérios MG60, GMM e GU Tabela P.P.C. das amostras na faixa de 19 a 6,3mm dos minérios MG60, GMM e GU Tabela índices de crepitação da amostra de MG60, na faixa de 19 a 6,3mm Tabela índices de crepitação da amostra de GMM, na faixa de 19 a 6,3mm Tabela índices de crepitação da amostra de GU, na faixa de 19 a 6,3mm Tabela Umidade das amostras na faixa de 19 a 6,3mm das amostras de MG60, GMM e GU xiv

15 Tabela índices de crepitação da amostra de MG60 na faixa de 19 a 6,3mm, com umidade de 11,2% Tabela índices de crepitação da amostra de GMM na faixa de 19 a 6,3mm, com umidade de 2,0% Tabela índices de crepitação da amostra de GU na faixa de 19 a 6,3mm, com umidade de 5,2% Tabela índices de crepitação da amostra de MG60, na faixa de 19 a 6,3mm, tratada termicamente Tabela índices de crepitação da amostra de GU, na faixa de 19 a 6,3mm, tratada termicamente Tabela Resumo das características intrínsecas dos minérios granulados de manganês MG60, GMM e GU na faixa de 19 a 6,3mm Tabela A1 Análise química das amostras globais dos produtos granulados de minério de manganês MG60, GMM e GU Tabela A2 - Resumo dos minerais identificados na amostra global dos produtos granulados MG60, GMM e GU Tabela A3 Densidades aparentes, estruturais e porosidades calculadas das amostras globais de MG60, GMM e GU Tabela A4 Principais parâmetros determinados pela técnica BET para as amostras globais de MG60, GMM e GU xv

16 RESUMO Um problema freqüentemente encontrado na rotina de operação dos fornos metalúrgicos de produção das ligas de manganês é a falta de conhecimento a respeito das características mineralógicas e metalúrgicas dos granulados de minérios. Neste contexto, um parâmetro de qualidade de grande importância, e ainda muito pouco estudado, é a crepitação. Este trabalho apresenta um estudo de caracterização física, química e mineralógica, assim como do comportamento da crepitação de três produtos granulados de minério de manganês, provenientes das três minas mais importantes do Brasil, que são Azul, Morro da Mina e Urucum. São apresentadas análises químicas utilizando técnicas como a espectrometria de emissão atômica e titulação. A caracterização mineralógica foi desenvolvida por meio da difração de Raios-X e por microscopia óptica. As análises de propriedades físicas como determinação da densidade, superfície específica e porosidade também são apresentadas. Uma vez que as amostras foram caracterizadas, elas foram submetidas a ensaios de crepitação nos padrões recomendados pela ISO 8731, salvo a faixa granulométrica utilizada, que foi a compreendida entre 19 e 6,3mm. Foram estudadas as influências da umidade e de tratamento térmico sobre o fenômeno de crepitação. Para a faixa de 19 a 6,3mm, destinada aos ensaios de crepitação, as amostras de granulados de minério de manganês do Azul (MG60), de Urucum (GU) e de Morro da Mina (GMM) apresentam características químicas bem diferentes. Os teores de Mn, Fe e SiO 2 para MG60 são, respectivamente, 46,96; 4,12 e 3,99%. Para GMM são, respectivamente, 24,48; 2,89 e 23,02%. Para GU são, respectivamente, 32,58; 6,92 e 2,11%. O minério granulado de Urucum é o que possui a maior densidade estrutural (4,41g/cm 3 ), seguido pelo do Azul (4,02g/cm 3 ) e finalmente pelo de Morro da Mina (3,66g/cm 3 ). O minério de Urucum é do tipo oxidado anidro, o minério do Azul é do tipo oxidado hidratado e o de Morro da Mina do tipo silicatado carbonatado hidratado. Nos ensaios termogravimétricos, as perdas de massa nas amostras dos granulados estudados estão associadas à decomposição térmica de óxidos (criptomelana, pirolusita e braunita) de carbonatos (rodocrosita) e de constituintes mineralógicos hidratados (sendo os principais todorokita e anfibólios). Existe uma diferença significativa com relação à intensidade do fenômeno de crepitação xvi

17 dos granulados do Azul, Urucum e Morro da Mina. Os minérios oxidados de Urucum (I - 6,3mm = 10%) e do Azul (I -6,3mm = 6%) apresentam alta susceptibilidade quanto à crepitação. O minério silicatado carbonatado de Morro da Mina não crepita. A umidade aumentou de forma considerável a intensidade de crepitação dos granulados do Azul e de Urucum. O tratamento térmico de 48 horas a 200 o C, em escala de laboratório, reduziu em mais de 60% os índices de crepitação, de ambos granulados. xvii

18 ABSTRACT A common problem in the production of ferromanganese alloys is the lack of knowledge about the mineralogical and metallurgical properties of the manganese lump ores. An important quality parameter of the lump ores is the decrepitation, wich has not been studied adequately yet. This work presents a physical, chemical and mineralogical characterization of the manganese lump ore from the three main Brazilian mines, Azul, Morro da Mina and Urucum, as well as their decrepitation behavior. The chemical analyses were made by AES-ICP and titration, the mineralogy cal characterization was obtained by optical microscopy and X-ray diffraction. The physical properties studied included density, surface area and porosity measurements. The samples were then characterized for decrepitation, according to the ISO8731 standards, with the exception of the grain size range, kept in this case between 19 and 6,3mm. The influence of the moisture and the thermal treatment of the samples, on the decrepitation behavior, was also studied. For the grain size range between 19 and 6,3mm, used at the decrepitation studies, the lump ore samples from Azul (MG60), Urucum (GU) and Morro da Mina (GMM) displayed very distinct chemistry. The contents of Mn, Fe and SiO 2 for MG60 are 46.96; 4.12 e 3.99%, respectively. For GMM the contents are 24.48; 2.89 e 23.02%, and for GU they are 32.58; 6.92 e 2.11%. The Urucum lump ore presents the highest structural density (4.41g/cm 3 ), followed by the Azul lump ore (4.02g/cm 3 ) and by Morro da Mina (3.66g/cm 3 ). The typological classifications of the ores are: anhydrous-oxide for Urucum, hydrated-oxide for Azul, silicate-carbonate for Morro da Mina. At the thermogravimetrical analyses, the mass losses were related to the thermal decomposition of oxides (cryptomelane, pyrolusite and braunnite), of carbonates (rhodochrosite) and of the hydrated constituents (mainly todorokite and anphibolites). There is a significant difference amongst the decrepitation intensity observed for the lump ores from Azul, Urucum and Morro da Mina. The oxide ores from Urucum (I -6.3mm = 10%) and Azul (I -6.3mm = 6%) present a high susceptibility to decrepitation, whilst thesilicate-carbonate from Morro da Mina shows no decrepitation. The presence of moisture increased the decrepitation intensity of the Azul and Urucum lump ores. The lab scale thermal treatment, at 200 C for 48 hours, reduced in more then 60% the decrepitation indexes of both ores. xviii

19 1. INTRODUÇÃO O Brasil é um dos maiores produtores de ferro ligas de manganês do mundo. As ferro ligas de manganês são majoritariamente produzidas em fornos elétricos de redução e são amplamente aplicadas como agentes desoxidante e dessulfurante, assim como elementos de liga dos aços. Os minérios granulados de manganês ainda são amplamente utilizados como matéria-prima para produção das ferro ligas de manganês. As misturas destes minérios, provenientes de diversas minas ou mesmo de diferentes frentes de lavra de uma mesma mina, são, nas usinas de ferro ligas, usualmente definidas de acordo unicamente com as suas características químicas e granulométricas. Um problema freqüentemente encontrado na rotina de operação dos fornos metalúrgicos de produção das ligas de manganês é o desconhecimento a respeito das características mineralógicas e metalúrgicas dos granulados de minérios. Neste contexto, um parâmetro de qualidade de grande importância, e ainda muito pouco estudado, é a crepitação. O emprego de misturas de minérios com alta susceptibilidade a crepitação implica em perda de permeabilidade do forno, em menor eficiência das trocas térmicas e alterações da resistividade elétrica da carga, com conseqüentes prejuízos à estabilidade de marcha operacional, ao rendimento térmico e à produtividade do reator. Este trabalho é pioneiro com relação ao estudo de crepitação de diferentes categorias tipológicas de granulados de minérios de manganês do Brasil, assim como na aplicação de tratamentos térmicos que objetivam minimizar a intensidade deste fenômeno. Estas informações, aliadas a uma melhor caracterização mineralógica destes materiais, são de grande utilidade na definição de critérios técnicos que possam nortear a seleção de misturas de minérios provenientes de diferentes minas, assim como o desenvolvimento de melhorias de controle e otimização de processo. 19

20 2. OBJETIVOS Enumeram-se os seguintes objetivos desse trabalho: Caracterizar química, física, térmica e mineralogicamente as amostras de granulados de minérios de manganês selecionadas; Caracterizar a intensidade do fenômeno de crepitação dos granulados de minérios de manganês provenientes de três minas de destaque no Brasil, quais sejam, Azul, Morro da Mina e Urucum; Analisar a influência da secagem e de tratamento térmico prévio sobre a intensidade de crepitação das amostras estudadas. 20

21 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. Minério de Manganês O manganês, que pertence à família do ferro, tem número atômico 25 e massa atômica 54,93. Segundo Sylvio Abreu (1973) o manganês participa com 0,09% em peso na crosta terrestre, o que é aproximadamente cinqüenta e seis vezes menor do que o ferro. O ponto de fusão é de 1260 C e possui densidade de 7,2g/cm 3. O metal apresenta uma cor prata cinzenta, é duro e quebradiço. Seus estados de oxidação mais comuns são +2, +3, +4, +6 e +7. Combina-se à quente com a maior parte dos metalóides e se revela mais oxidável que o ferro, permitindo seu emprego na metalurgia a fim de eliminar as diversas impurezas. O manganês é encontrado na natureza na forma de óxidos, hidróxidos, silicatos, carbonatos e sulfetos. Segundo ABREU (1973) os minerais de minério mais comuns são pirolusita, criptomelana, hausmannita, psilomelano e Braunita. Alguns autores desenvolveram classificações para os minérios de manganês em função dos teores de Mn e demais elementos. Apesar de algumas serem muito divulgadas no meio acadêmico, não são usuais nas rotinas das minas e usinas. A tabela fornece uma classificação dos minérios de manganês em função do teor de Mn, feita por OLSEN (2007). Tabela Classificação dos minérios de manganês em função do teor de manganês, segundo OLSEN (2007). Classificação Teor de Mn (%) Minério de manganês Mn>35 Minério Ferruginoso 15<Mn<35 Minério de ferro manganesífero 5<Mn<10 ABREU (1973) e MARANHÃO (1985) também classificaram os minérios de 21

22 manganês em função do teor de Mn. A tabela traz a classificação de ABREU (1973) e a tabela a classificação de MARANHÃO (1985). Tabela Classificação dos minérios de manganês em função do teor de manganês, segundo ABREU (1973). Classificação Teor de Mn (%) Características Alto Teor Mn>46 Destinado ao mercado doméstico. Médio Teor 34<Mn<42 - Ferromanganês 29<Mn<36 Teor de ferro se aproxima de 30%, o de sílica e de alumínio não supera 20%. Ferro com Sem Manganês especificações Teor de ferro superior ao de manganês. Protominério Teores muito baixos Material com viabilidade de concentração. Tabela Classificação metalúrgica dos minérios de manganês em função dos teores de Mn, Fe, SiO 2, Al 2 O 3, P, Cu, Pb e Zn [MARANHÃO, 1985]. Conteúdo Tipo Metalúrgico Alto teor Médio teor Baixo teor Mn (min.) 46 48% 40% 35% Fe (máx.) 8% 6% 10% SiO 2 + Al 2 O 3 12% 15% 20% P (máx.) 0,18% 0,3% - Cu + Pb + Zn 0,1% 0,25% - O minério de manganês é um recurso mineral que apresenta destaque no Brasil. As boas reservas existentes, as vastas possibilidades de aplicação como na produção de aços e ferro ligas, assim como na produção de pilhas eletrolíticas, cerâmicas, ligas especiais, produtos químicos e outros, associada à sua má distribuição geográfica na crosta terrestre, o tornam estratégico. 22

23 Os maiores consumidores de minério e ferro ligas de manganês, em 2006, foram os asiáticos, com destaque para a China. Atualmente o minério de manganês vem ganhando muita importância devido à vasta extensão da exploração de suas propriedades. O conhecimento mais aprofundado do minério vem se tornando fundamental para o aprimoramento de diversos processos produtivos. Segundo o International Manganese Institute, as produções mundiais de minério de manganês e o consumo podem ser resumidos na tabela Tabela Produção e consumo mundial de minério de manganês segundo o International Manganese Institute. Produção Mundial de Minério de Manganês (10 3 toneladas) Ano Europa 1163,4 1076,5 1138,9 África e Meio Leste 3619,0 3819,2 4372,2 Américas 1385,6 1640,0 1247,6 Ásia e Oceania 4547,0 5121,3 4952,8 TOTAL 10715, , ,6 Consumo Mundial de Minério de Manganês (10 3 toneladas) Europa 3137,7 2684,2 2698,6 África e Meio Leste 1047,2 733,2 808,9 Américas 864,6 1112,9 859,6 Ásia e Oceania 5733,9 6067,4 6518,6 TOTAL 10783, , ,6 Pode-se observar que o conjunto Ásia e Oceania apresentou as maiores produções de minério de manganês nos anos de 2004, 2005 e Merece destaque o ano de 2005, com uma produção de 5121,3x10 3 toneladas. O conjunto África e Meio Leste apresentou a segunda maior produção no mesmo período, ao passo que a Europa a menor produção. Pode-se notar que a produção mundial de minério de manganês no ano de 2005 registrou um aumento de 9% em relação a A produção em 2006 registrou um aumento de 0,5% em relação a O conjunto a apresentar o maior consumo de minério de manganês, nos anos de 23

24 2004, 2005 e 2006, foi o formado por Ásia e Oceania, seguido pela Europa. Neste mesmo período, os menores consumos foram das Américas e da África e Meio Leste. Pode-se notar que o consumo médio de minério de manganês no mundo, em 2005, diminuiu 2% em relação a 2004, ao passo que o consumo em 2006 aumentou 3% em relação a

25 3.2. Mineralogia do Minério de Manganês A mineralogia dos minérios de manganês é variada e complexa. Existem mais de 300 minerais que contêm manganês, mas apenas uma pequena parte possui uma quantidade significativa do elemento e são, portanto, constituintes dos minérios de maior valor agregado [OLSEN 2007]. Os minerais de manganês ocorrem normalmente sob a forma de óxidos, hidróxidos, silicatos e carbonatos. O manganês pode se apresentar nos estados bivalente, trivalente e tetravalente. Devido a esta variabilidade no estado de oxidação é comum a presença de álcalis nas redes cristalinas dos minerais. Os principais minerais de manganês e suas respectivas fórmulas químicas estão classificados e apresentados na tabela Tabela Classificação dos principais minerais de manganês e suas respectivas fórmulas químicas, segundo GONÇALVES e SERFATY (1976). Óxidos Hidróxidos Critomelana KMn 8 O 16 Manganita MnO(OH) Pirolusita MnO 2 Grautita MnO(OH) N-sutita MnO 2 Pirocroita Mn(OH) 2 Hollandita BaMn 8 O 16 Litioforita (Li, Al)MnO 2 (OH) 2 Birnessita MnO 2 Psilomelana BaMn 5 O 10 H 2 O Bixbyita Mn 2 O 3 Todorokita [(Na,Ca, K) 2 Mn 6 O 12. (H 2 O)] Jacobisita (Mn, Fe)O 4 Silicatos Anidros Hausmannita Mn 3 O 4 Rodonita MnSiO 3 Manganosita MnO Piroxmangita MnSiO 3 Tefroíta Mn 2 SiO 4 Silicatos Hidratados Espessartita Mn 3 Al 2 Si 3 O 12 Bemetita (Mn,Mg,Fe) 6 Si 4 (O,OH) 18 Braunita (Mn, Si) 2 O 3 Neotocita (Mn, Fe)SiO 3. n H 2 O Carbonatos e Sulfetos Rodocrosita MnCO 3 Alabandita MnS 25

26 Na maioria dos minérios de manganês do mundo, o manganês é encontrado no estado tetravalente, como óxidos ou hidróxidos. A pirolusita e a criptomelana são os minerais tetravalentes de maior importância econômica [OLSEN 2007]. A Rodocrosita é um carbonato muito comum em alguns minérios de manganês do mundo, inclusive no Brasil [GONÇALVES e SERFATY, 1976] Depósitos de Minério de Manganês do Brasil Pode-se encontrar três tipos bem caracterizados de depósitos de manganês no Brasil, são eles: sedimentares, metamórficos e de enriquecimento supergênico [ABREU, 1973; GONÇALVES e SERFATY, 1976]. Os depósitos do Pré-Cambriano estão associados geralmente à formação de ferritas, que são posteriormente enriquecidas por processos de intemperismo, isto caracteriza os depósitos sedimentares. Os metamórficos são geralmente de menor escala e o manganês é resultante de processos vulcânicos ou de lixiviação de lavas submarinas. Depósitos supergênicos são caracterizados pelo enriquecimento de protominério. Pode-se classificar algumas minas, que são ou foram de grande importância no Brasil, quanto à formação geológica. A tabela fornece esta classificação. Tabela Classificação quanto à formação geológica de minas que são ou foram de grande importância no Brasil [GONÇALVES e SERFATY (1976)]. Mina (Localidade) Classificação Urucum Sedimentar Quadrilátero Ferrífero Metamórfico Serra do Carajás Sedimentar Serra do Navio (Exauriu) Enriquecimento Supergênico Lafaiete Enriquecimento Supergênico 26

27 Com base em prioridades de estudo é interessante conhecer alguns aspectos a respeito das minas de Urucum no Mato Grosso do Sul, Azul no Pará e Morro da Mina em Minas Gerais Mina de Urucum O depósito de manganês de Urucum está situado no estado do Mato Grosso do Sul, na cidade de Corumbá, próximo à fronteira brasileira com a Bolívia. O manganês ocorre na forma de óxidos. Este depósito de manganês é, desde o início das atividades, um dos mais importantes do país. É do tipo sedimentar, com deposição de óxidos de manganês primários. O minério é formado principalmente por criptomelana e pirolusita. A criptomelana está disposta numa textura laminada rítmica, formada por lâminas ricas em microporosidade, e lâminas maciças [WALDE et al. 1981]. Verifica-se a presença de hematita, que ocorre intercrescida com a criptomelana, conferindo um elevado teor de ferro ao minério. A pirolusita ocorre como pequenos cristais que se destacam na matriz criptocristalina, possivelmente de uma fase tardia, preenchendo descontinuidades no minério. A braunita representa o segundo mineral mais significativo no depósito, sendo em alguns níveis específicos o mineral constituinte majoritário. As duas principais camadas de óxido de manganês ocorrem na base da Formação Urucum, caracterizando-se como um marco que distingue as rochas de sedimentação clástica (arcóseos, conglomerados, arenitos) e as rochas de sedimentação química, que são os jaspelitos e os óxidos de manganês. A principal camada de manganês, que é explotada através da lavra subterrânea, possui uma espessura média de 3,5metros. Às fácies de exploração atribuiu-se uma classificação, de forma que as fácies de centro e de bacia foram denominadas tipo Urucum e as fácies marginais, tipo Rabicho. Segundo estudos de Schreck Schneider, pôde-se dividir, em 1984, os minérios em quatro tipos. A tabela traz esta classificação. 27

28 Tabela Classificação dos minérios de manganês da mina de Urucum segundo estudos de SCHNEIDER (1984). Criptomelana concrecionário 49,51% Mn e 5,5 % Fe Criptomelana rico em detritos 25,63% Mn, 16,95% Fe e 10,52% Si Criptomelana laminado 45,86% Mn, 10,63% Fe e 3,15% K Braunita laminado 39,51% Mn, 6,48% Fe e 10,62% Si Atualmente os minérios lavrados são classificados em dois tipos, de acordo com o teor de fósforo, o principal contaminante deste minério. Um dos tipos é o Standard (ST), com teor de fósforo superior a 0,12%. O outro tipo é o Baixo Fósforo (BF), cujo teor de fósforo é inferior a 0,12%. A partir destes tipos são gerados os produtos granulados da mina. Alguns dados importantes, a respeito das fácies, são apresentados a seguir Fácies do Membro Córrego das Pedras do Tipo Urucum Teores de manganês variam entre 38% e 51%, com média de 45%. O ferro varia entre 9% e 16%, com média de 11%. Teores de álcalis e outros compostos variam de acordo com o apresentado pela tabela Tabela Faixa dos teores de álcalis presentes nos minérios das fácies do membro Córrego das Pedras, do tipo Urucum [GONÇALVES e SERFATY (1976)]. Elemento/Composto Faixa de Teores Média de Teor K 2 O + Na 2 O 2,5% a 6,0% 3,8% P 0,03% a 0,2% 0,14±0,07% S Traços a 0,05% 0,02% SiO 2 0,2% a 3% 1,3±0,9% Al 2 O 3 1,2% a 2,3% 1,8±0,3% 28

29 Fácies do Membro Córrego das Pedras do Tipo Rabicho Nesta região, além da presença da criptomelana, encontram-se proporções maiores de pirolusita, o que explica os maiores teores de manganês nestes minérios, entre 45% a 56% de manganês e 6% a 1% de ferro. Estudos realizados identificaram uma regressão linear entre teor de ferro e manganês que é descrita pela equação Mina de Morro da Mina Mn + 1,21Fe = 60,3 (3.3.1) A mina de Morro da Mina localiza-se no município de Conselheiro Lafaiete, região metalúrgica do estado de Minas Gerais, em local denominado Morro da Mina. A figura é uma foto da cava da mina. 200m Figura Foto da cava da Mina de Morro da Mina no município de Conselheiro Lafaiete. As rochas desta mina encontram-se inseridas como pertencentes ao Supergrupo Rio das Velhas, identificado com uma seqüência vulcano-sedimentar do tipo greenstone 29

30 belt, inseridas no contexto do Quadrilátero Ferrífero. A unidade Morro da Mina e demais associadas apresentavam uma estimativa de 5,7 bilhões de toneladas de minério de manganês. A exploração da Mina de Morro da Mina teve inicio em 1894 e entre 1902 e 1995 foram extraídas 8,6 milhões de toneladas de óxido e 3,4 milhões de carbono-silicatos. Hoje os produtos principais são os carbono-silicatos, entre eles podemos citar os principais minerais constituintes, rodocrosita (MnCO 3 ), piroxmangita (MnSiO 3 ), espessartita (Mn 3 Al 2 (SiO4) 3 ) e tefroita (Mn 2 SiO 4 ). O minério silico-carbonatado é caracterizado pela coloração cinza escuro, compacto, granulação média a fina. É comum apresentar-se em descoloração castanha a rósea, em lentes e lâminas que conferem um fino bandamento composicional. Ainda são encontradas algumas poucas frentes de óxidos, onde se exploram alguns minérios com teores mais consideráveis de manganês, sendo os principais minerais pirolusita, criptomelana e manganita Mina do Azul A mina de Manganês do Azul é a maior produtora de minério de manganês da América Latina com produção anual de 2,5 Mtpa. O minério produzido visa principalmente a produção de ferro ligas e, em menor proporção, a indústria química e de baterias. Esta mina está localizada na porção centro-oeste da Província Mineral de Carajás, no interior da Floresta Nacional de Carajás, Município de Parauapebas, no sudeste do estado do Pará. O empreendimento situa-se a aproximadamente 37km do Núcleo Urbano de Carajás e a 62km do Município de Parauapebas. Com 5km de extensão por 1km de largura máxima, a cava final apresenta 280ha de área impactada. A figura é uma foto da mina do Azul. Ela abrange também a barragem do Kalunga, o estoque de produtos semi-acabados e a barragem de rejeitos. As rochas da área mineralizada são finas, fator este que justifica a baixa granulometria desta frente. O carbono está bastante presente na forma do mineral rodocrosita. 30

31 Através de observações macroscópicas, análises químicas e de petrografia pôde-se definir duas unidades manganíferas primárias [ABREU, 1973; GONÇALVES E SERFATY, 1976]. A tabela caracteriza estas unidades. Figura Foto da Mina do Azul em Carajás. Tabela Classificação das unidades manganíferas segundo GONÇALVES e SERFATY em Unidade Características Constituída por uma faixa considerável de Superior (70 a 140m de profundidade) minério de manganês intercalado milimetricamente com níveis de carbonato. Constituída por uma faixa curta, porém com largas faixas de distribuições distintas de manganês, com teor médio de 26%. Inferior (180 a 220m de profundidade) Nesta unidade pode-se encontrar pirita como cristais idiomórficos isolados ou agregados em nódulos, além das faixas milimétricas de carbonatados. 31

32 Os tipos de minério de manganês caracterizam-se como resultados da ação de processos intempéricos bastante desenvolvidos nos protominérios. Na mina, hoje, são identificados cinco tipos de materiais enriquecidos em manganês, distribuídos segundo a tabela 3.3.5, dos quais os quatro primeiros são atualmente classificados como minérios [AMEC, 2006]. Tabela Classificação, segundo AMEC em 2006, dos tipos de materiais enriquecidos em manganês presentes na Mina do Azul. Identificação Principais Características O teor de manganês varia de 30 a 40%. Os minerais minério presentes são as Detrítico criptomelana, pirolusita e os minerais ganga são caolinita e gibsita. O teor de manganês típico é inferior a 35%. Os minerais minério presentes são Pelito Tabular criptomelana, todorokita, nsutita e os minerais ganga são caolinita e gibsita. Trata-se de um nível transicional entre pelito tabular e material manganesífero maciço. Os minerais minério presentes Pelito Rico são as criptomelana, todorokita, pirolusita, nsutita e os minerais ganga são caolinita e gibsita. Composto basicamente por pirolusita, com alguma contaminação de argilo-minerais e Manganês Maciço sílica. Possui teor de manganês superior a 45%. Apresenta teores de manganês inferiores a 20%. Os minerais minério presentes são Pelito Siltitico a criptomelana, todorokita e os minerais ganga são caolinita e gibsita. Atualmente vem sendo descartado nas usinas. 32

33 3.4. Produção de Ferro Ligas de Manganês em Fornos Elétricos de Redução Ferro Ligas de Manganês As ferro ligas são ligas de ferro e outros metais, nas quais o teor do metal é maior que o de ferro, e têm a finalidade de facilitar a incorporação de elementos de liga ao aço (menores ponto de fusão e densidade que os metais puros) e assim melhorar algumas de suas propriedades. A combinação de diversos elementos de liga produz aços com uma larga faixa de propriedades. Os elementos de liga mais comuns são o níquel, o manganês, o cromo, o tungstênio, o molibdênio, o nióbio, o titânio, o vanádio, o silício, etc [LÚCIO et al, 1980]. Um dos grandes destaques da indústria de ferro ligas mundial é o manganês. Aproximadamente 90% de todo manganês produzido no mundo está na forma de ferro ligas de manganês das quais pelo menos 98% são consumidas pela indústria do aço [OLSEN 2007]. O manganês, adicionado na forma de ferro liga, é um importante elemento de liga do aço, auxiliando no refinamento da estrutura de grãos, aumentando a resistência mecânica e melhorando a temperabilidade e a ductilidade do aço. Em teores mais altos, o manganês, associado a teores mais elevados de enxofre, facilita a usinagem, melhorando o acabamento superficial dos aços [CHIAVERINI, 1990 & CHAUDHARY et al, 2001]. SILVEIRA (1987) afirma que dada à grande afinidade do manganês pelo oxigênio, este elemento é largamente empregado como agente desoxidante do aço. Segundo ele, o manganês reage com o oxigênio dissolvido no banho de refino do aço, formando óxidos e evitando a formação de CO, que ao sair do banho poderia gerar quantidades consideráveis de poros no metal, prejudicando suas propriedades. ABREU (1993) afirma que o manganês também é utilizado como agente dessulfurante, sendo empregado para evitar a formação de FeS que apresenta baixo ponto de fusão. O manganês apresenta maior afinidade com o S do que o Fe, formando 33

34 MnS, que apresenta ponto de fusão semelhante ao do aço. Segundo ABREU (1973) a presença de FeS prejudica o processamento mecânico a quente do aço. Segundo LIU (1993), as principais ferro ligas de manganês são classificadas em três categorias, de acordo com o seu teor de carbono: Ferro Manganês Alto Carbono, representado por FeMnAC (6-7% de Carbono), Ferro Manganês Médio Carbono, representado por FeMnMC (1-2% de Carbono) e Ferro Manganês Baixo Carbono, representado por FeMnBC (0,1-0,5% de Carbono). Ainda temos a liga Ferro Sílico Manganês (FeSiMn), que apresenta teores que variam de 12 a 25% de Silício. O FeMnAC é a liga de manganês mais utilizada, sendo aplicada principalmente na desoxidação do aço. O FeSiMn é empregado como um desoxidante complexo, assim como na produção de aços de baixa liga. Os empregos das ligas FeMnMC e FeMnBC são, entre outros, na fabricação de chapas para estampagem profunda, que requerem baixos teores de carbono e fósforo, tubulações soldáveis para trabalho em baixas temperaturas, estabilizador da austenita nos aços inoxidáveis austeníticos, fabricação de eletrodos de soldas, entre outros. Devido a essas características, o ferro manganês e o ferro silico manganês são matérias-primas essenciais à produção de praticamente todos os tipos de aços, sendo adicionados em média 10 kg de liga por tonelada de aço. Segundo o International Manganese Institute, a liga FeSiMn, nos anos de 2004, 2005 e 2006 foi a mais produzida e a mais consumida em todo o mundo. O ano de 2005 registrou um aumento da produção mundial de 0,5% em relação a Em 2006 o aumento foi de 11% em relação a A maior produção no ano de 2006 foi da Ásia e Oceania (6687,7x10 3 toneladas), ao passo que a menor foi a da África e Meio Leste (289,4x10 3 toneladas). O consumo mundial de FeSiMn acompanhou o crescimento da produção. Nos anos de 2004, 2005 e 2006, foram produzidas 3820; 3578 e 4051 mil toneladas, respectivamente, de FeMnAC, que se configurou como a segunda liga de manganês mais produzida e consumida no mundo. 34

35 Estrutura Interna e Descrição do Forno Elétrico de Redução O forno elétrico de redução é um reator em formato cônico responsável pela redução do minério para a produção das ligas [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. Ele apresenta uma carcaça metálica exterior, revestido internamente por isolantes térmicos e material refratário. Os fornos podem ser abertos ou fechados, rotativos ou fixos. No forno fechado da figura 3.4.1, as matérias-primas são transportadas através de um sistema de esteiras que leva a carga até a parte superior do forno. Os produtos líquidos (escória e ferro-liga) são recolhidos na parte inferior, denominada cadinho e o gás produzido no processo é eliminado através de aberturas existentes na abóbada, e direcionados ao sistema de despoeiramento. No caso de fornos abertos, existe uma saída para os gases no topo da carga, que ao longo do processo, é movimentada e depositada nas proximidades do eletrodo. Figura Representação esquemática do forno elétrico de redução [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. A figura consiste em um desenho esquemático que ilustra um forno elétrico fechado. Neste forno existem três eletrodos A, B e C, em um arranjo triangular eqüilateral, além de treze pontos de alimentação, por onde a carga é introduzida. 35

36 Figura Eletrodos A, B e C dos fornos e silos de alimentação [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. Cada forno elétrico apresenta geralmente três eletrodos Soderberg de camisa de aço. A pasta carregada é, durante a operação, gradualmente transformada em um condutor sólido com boas propriedades elétricas e mecânicas. A finalidade do eletrodo é conduzir corrente elétrica para dentro do forno. O processo de produção consiste na alimentação contínua do forno, através das bocas de carregamento situadas na parte superior do forno. A composição da mistura é calculada previamente. O balanço de massas do processo é feito de acordo com as características químicas e físicas das matérias-primas e da liga a ser produzida. Geralmente, no ato da alimentação do reator, a carga fria entra em contato brusco com o topo do forno em temperaturas elevadas. À medida que a carga desce no interior do forno, esta vai sofrendo um aumento gradual de temperatura, o que favorece as reações químicas do processo. Esse aquecimento é realizado, predominantemente, pelos gases quentes ascendentes gerados na parte inferior do forno. Pode-se afirmar que a distribuição do tamanho das partículas da carga é muito importante, uma vez que se o material for muito fino, ele irá dificultar a passagem dos gases redutores e mantenedores da temperatura, o que acarretará em prejuízos ao processo produtivo [OLSEN, 2007]. 36

37 Ao atingir as temperaturas mais elevadas, que variam com o tipo de liga a ser produzida, a carga, exceção feita ao carbono, amolece e funde. A liga metálica produzida e a escória depositam-se no cadinho, onde ocorre a separação dos dois, na bica de corrida, por meio do dispositivo Skimmer, que faz a separação aproveitando a diferença de densidades. A escória é menos densa que o metal [OLSEN, 2007 & TANGSTAD, 1996]. Um esquema do estado interno da carga no interior do forno em função da temperatura está apresentado na figura ZONA AGREGADA ALTURA ZONA DE AMOLECIMENTO E FUSÃO ESCÓRIA TEMPERATURA ( o C) FERRO-LIGA Figura Representação esquemática do estado interno do FER em função da temperatura [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. Uma zona crítica dos fornos elétricos de redução é a de pré-redução, onde as matérias-primas sólidas experimentam aumento de temperatura à medida que se deslocam em fluxo descendente. Nesta região a água, presente na forma de umidade, é evaporada e os óxidos de manganês iniciam sua redução movida pelo fluxo ascendente de CO. Para que os processos envolvidos nesta zona sejam eficientes é importante que a permeabilidade ao fluxo gasoso seja elevada e homogenia ao longo da carga [TANGSTAD et al, 1995]. Segundo TANGSTAD (1995), se uma grande quantidade de finos for gerada ou colocada nesta zona, a permeabilidade da carga diminui bruscamente e os gases quentes serão desviados formando alguns canais ao longo da matéria solida. Nestas condições a carga não será aquecida homogeneamente, assim como parte da umidade não será retirada, e uma grande quantidade de óxidos não será pré-reduzida. Os gases eliminados no topo do forno 37

38 serão ricos em CO e estarão em temperaturas elevadas, o que implicaria em um aumento no consumo de energia por tonelada de liga produzida. A umidade e os óxidos de ordem superior, ao entrarem na zona de redução irão gerar inúmeros riscos operacionais, materiais e pessoais. Segundo TANGSTAD (1995), a elevada resistência à passagem dos fluxos gasosos aumenta muito a pressão no interior do forno que associada à umidade e aos óxidos sem pré-redução podem gerar violentas explosões. Segundo BERG (2000), a redução dos óxidos de manganês de ordem superior podem ser descritas pela figura Top of stack 200 C Low Zona de temperature baixa zone temperatura MnO2 Mn2O3 Mn2O3, Mn3O4 Região propícia a ocorrência do fenômeno de 600 C crepitação. MnO2 Mn2O3 700 C Middle Zona de temperature zone temperatura intermediária Mn2O3 MnO Mn3O4 Mn2O3 Mn3O4 900 C 1000 C Zona de High temperature alta temperatura zone Mn3O4 MnO Strong Sinterização sintering Início Melting da starts Fusão 1200 C Figura Representação esquemática do perfil de redução dos óxidos de manganês constituintes de um minério pirolusítico [Adaptado de BERG, 2000]. Na faixa de temperatura entre 600 e 700 o C ocorre uma redução significativa da fase MnO 2 para Mn 2 O 3 com uma perda de massa da ordem de 9,2%. Entre 900 e 1000 o C verifica-se uma significativa redução de Mn 2 O 3 para Mn 3 O 4 com uma perda de massa da ordem de 3,3%. 38

39 Produção do FeMnAC Para a produção do FeMnAC, as misturas de minérios devem conter alta relação manganês/ferro (superiores a 7), além disso essas misturas devem conter suficiente sílica para formar escória com óxido de manganês e suficiente alumina para assegurar uma produção eficiente de FeSiMn, com teor mais alto de Si e menos C, a partir da escória. Deve-se procurar teores baixos de P, e outras impurezas, de forma a não exceder os limites especificados de cada liga. [LÚCIO et al, 1985 e SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. Outra limitação importante nos minérios está ligada ao teor de alumina (Al 2 O 3 ). Este elemento tem seu teor limitado, devido a grande influência que ele exerce nas propriedades de fusão e escoamento da escória. Minérios com alta alumina podem gerar elevados volumes de escória, muitas vezes prejudiciais ao rendimento de manganês e à produtividade do processo, além de elevar o consumo específico de energia. Limitação semelhante existe para o teor de SiO 2. [OLSEN et al, 2007 e TANGSTAD, 1996]. Outro elemento com o qual se deve ter atenção é o fósforo do minério. Devido às condições termodinâmicas existentes no interior do forno, mais de 80% do fósforo carregado é incorporado à liga. Segundo LÚCIO et al (1980), existem dois processos para a produção do FeMnAC. Um é o Processo Escória Pobre que é utilizado somente em circunstâncias especiais, normalmente quando os minérios existentes não permitem produzir pela outra via, ou seja, pelo Processo Escória Rica. No Processo Escória Pobre, a escória gerada é básica, possui baixo teor de manganês (MnO < 20%) e é descartada. O Processo Escória Rica apresenta menor consumo de energia e redutor, sendo necessários minérios com teor mais elevado de manganês (mais caros). Entretanto, o custo global é menor, já que a escória gerada é de natureza ácida, apresentando altos teores de Mn (superior a 40%), sendo utilizada para a produção de FeSiMn. Além disso, a escória rica possui baixíssimo teor de fósforo, o que representa uma vantagem para a produção de FeSiMn. 39

40 Dentro dos fornos, o principal responsável pela redução dos óxidos de manganês é o monóxido de carbono. A temperatura na qual os óxidos são reduzidos depende da composição dos gases do forno [SILVEIRA & ALMEIDA, 1987]. É importante fazer a análise da composição química dos gases que saem das chaminés dos fornos fechados para monitorar as condições de operação. A relação CO/(CO + CO 2 ) é um importante parâmetro para se avaliar a redução dos óxidos de manganês, em geral essa relação deve estar em torno de 0,6. Também é importante avaliar o teor de H 2, pois esse indica a umidade de entrada da carga ou a existência de um vazamento de água. Segundo TANGSTAD (1996) e OLSEN (2007), as principais reações do processo são apresentadas pelas equações e MnO(s) + CO (g) Mn(l) + CO 2(g) (3.4.1) CO 2(g) + C 2 CO(g) (3.4.2) A reação (3.3.1) é de fundamental importância, pois é ela que descreve a formação do Mn metálico através da redução do monóxido de manganês pela reação com os gases de CO que atravessam a carga. O CO que não reage, no caso dos fornos fechados é coletado por um sistema de exaustores e queimado na extremidade do coletor de gases. No caso dos fornos abertos ele é queimado no topo do forno, sobre a carga, possibilitando a visualização de chamas, que passam a ser um indicador de CO, possibilitando assim, visualmente acompanhar o rendimento do forno. A reação do MnO ocorre realmente como a reação (3.4.1), mas logo em seguida ocorre a reação (3.4.2), assim o processo pode ser representado pela soma das duas reações [TANGSTAD, 1996], que é apresentada pela equação MnO (s) + C Mn (l) + CO (g) (3.4.3) Segundo TANGSTAD (1996) e OLSEN (2007) o forno elétrico, na produção de FeMnAC pode ser dividido em quatro zonas. A primeira é conhecida como zona de 40