Efeito dos padrões de temperatura na formação de pepitas de ferro no processamento sem fluxo de titanomagnetita

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8941 (2022) Citar este artigo

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A tecnologia utilizada para processar titanomagnetita está atualmente limitada ao forno elétrico rotativo. Outras técnicas estão sendo desenvolvidas, incluindo a separação do ferro na forma de pepitas de ferro da redução da titanomagnetita com carvão sem qualquer adição de fluxo. O efeito de diferentes padrões de temperatura na formação de pepitas de ferro a partir de titanomagnetita foi estudado. A temperatura inicial variou de 700 a 1380 °C, enquanto a temperatura final foi mantida constante em 1380 °C. Os resultados do experimento mostraram que a temperatura inicial afetou a formação de pepitas de ferro. As temperaturas iniciais de 700–1100 °C produziram muitas pepitas de ferro de até 3 mm de tamanho e uma temperatura inicial de 1200 °C produziu uma pepita com tamanho de cerca de 4 mm. As temperaturas iniciais de 1300 e 1380 °C não produziram pepitas de ferro devido à formação de crosta metálica de ferro na superfície dos briquetes reduzidos. A temperatura inicial ótima foi de 1000 °C para alcançar alta recuperação de ferro nos nuggets.

A titanomagnetita (TTM) é uma das matérias-primas para a produção de ferro, titânia e vanádio. A Indonésia é um dos países que possui recursos de titanomagnetita, principalmente provenientes da areia férrea da praia, no valor de 941 milhões de toneladas. A tecnologia utilizada para processar o TTM está atualmente limitada ao forno elétrico rotativo1,2. É necessária a adição de calcário para ajustar a composição química da escória para a etapa de fundição no forno elétrico, o que impacta negativamente no teor de titânia na escória. A fundição sem fluxo de TTM no forno elétrico foi sugerida para aumentar o teor de titânia na escória3.

Além disso, pode ser utilizado um alto-forno, mas o TTM deve ser misturado com minério de ferro comum onde a quantidade máxima de TTM é de cerca de 65% na mistura4,5. Devido à temperatura de operação do alto-forno ser mais baixa que a do forno elétrico, é necessário adicionar mais fundentes que possam diluir o teor de titânia na escória. Além disso, os outros problemas são a formação de TiC e TiN porque a atmosfera no alto-forno da soleira é muito redutora e o uso de ar quente nas ventaneiras como fonte de nitrogênio. O TiC e o TiN fazem com que a escória se torne viscosa, o que faz com que muito metal fique preso e entre na escória6.

Alternativamente, muitos estudos têm focado na redução direta do estado sólido do TTM por materiais carbonáceos onde o ferro pode ser separado de outros óxidos usando separadores magnéticos7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19,20,21,22,23. O carvão como agente redutor apresentou melhor desempenho que o coque, o grafite ou o biocarvão21. A adição de carvão pode ser feita simultaneamente através da mistura com TTM ou pela imersão de pellets ou briquetes no leito de carvão. A temperatura ótima para redução do TTM foi de 1200 °C17,21. A adição de sulfato de sódio, carbonato de sódio e fluorito de cálcio como aditivos também foi investigada para promover migração, acúmulo e crescimento de ferro em partículas maiores10,13,16,18,23. A formação de pepitas com tempo de tratamento de 440 min e temperaturas de até 1350 °C foi observada por Hu et al.8, mas nos experimentos utilizando um forno de soleira rotativa em escala laboratorial a uma temperatura de 900-1350 °C que foi dividida em três zonas, não foi relatada formação de pepitas12. A formação de pepitas de ferro a partir de minério de ferro primário, nomeadamente hematita, foi investigada por Matsumura et al.24 em 1996, que mais tarde se tornou a base para o desenvolvimento da tecnologia ITMk3 pela Kobe Steel25,26,27.

Em trabalhos anteriores, introduzimos que pepitas de ferro foram formadas pela redução de pelotas compostas de TTM/carvão usando um padrão de gradiente de temperatura isotérmico onde a temperatura inicial era de 1000 °C e aumentou para uma temperatura final de 1380 °C com uma taxa de aquecimento de 6,33°C/min28. Além disso, o efeito da espessura do briquete na recuperação de ferro também foi investigado29. Além disso, a temperatura inicial pode influenciar na recuperação de ferro nas pepitas. Portanto, neste artigo, relatamos o efeito de diferentes padrões de temperatura na formação de pepitas de ferro e na recuperação de ferro em pepitas variando a temperatura inicial.