— O valor de aplicação generalizado da bentonita modificada de alta eficiência e economia de energia
A indústria siderúrgica é uma grande consumidora de energia e uma emissora significativa de poluentes atmosféricos, tornando-se um foco fundamental para os esforços de conservação de energia e redução de emissões. Diante das crescentes restrições de recursos e do meio ambiente, o desenvolvimento verde tornou-se o único caminho viável para a indústria siderúrgica. Como um setor típico de manufatura por processo, a produção de aço continuará a depender de processos de alto-forno por um período considerável. Portanto, explorar inovações de processo — como a substituição da sinterização pela pelotização para otimizar as estruturas de carga do alto-forno — é de grande importância para reduzir ainda mais o consumo de energia, reduzir as emissões de gases de efeito estufa e poluentes e promover a manufatura verde. Os produtos de bentonita para pelotização metalúrgica incluem bentonita à base de sódio, bentonita composta e bentonita de pelotização modificada, entre outros. Esses produtos apresentam excelentes propriedades de ligação, formação uniforme de pelotas e alta eficiência de pelotização, tornando-os adequados para vários tipos de concentrados de minério de ferro. Atualmente, a mais amplamente utilizada na produção é a bentonita de pelotização modificada, que combina bentonita com ligantes orgânicos. Essa bentonita modificada pode reduzir a dosagem do aglutinante e, ao mesmo tempo, maximizar a qualidade do pellet, tornando-se a abordagem mais eficaz para melhorar o teor de ferro do minério de pellets atualmente.
O papel da bentonita na pelotização de minério de ferro
A pelotização de concentrado de minério de ferro requer água e ligantes, sendo a bentonita o ligante mais comum e amplamente utilizado em todo o mundo. A bentonita possui três características principais: molhabilidade (alta absorção de água), expansibilidade (capacidade significativa de intumescimento) e propriedades coloidais (fortes efeitos ligantes). Essas propriedades permitem que a bentonita desempenhe três funções críticas na pelotização:
1. Aumentando a resistência de pellets verdes, secos e acabados
A alta área de superfície específica e a dispersibilidade da bentonita permitem que ela se ligue firmemente às partículas de concentrado de ferro durante a peletização, secagem e torrefação, reduzindo as distâncias entre as partículas e melhorando a resistência.
2. Aumentando a resistência ao choque térmico dos pellets verdes
A bentonita retarda a evaporação da água durante a secagem, ao mesmo tempo que aumenta rapidamente a resistência dos pellets secos, melhorando significativamente a resistência ao choque térmico dos pellets verdes. No entanto, o grau de melhoria varia dependendo da qualidade da bentonita e do tipo de concentrado de ferro utilizado.
3. Supressão do inchaço de redução e degradação em baixa temperatura de pellets acabados
Pelotas feitas de concentrado de ferro e bentonita geralmente apresentam menor porosidade 1%–2% e maior resistência, o que reduz ligeiramente a redutibilidade, mas ajuda a mitigar o inchaço de redução e a degradação em baixa temperatura.
Impactos negativos da bentonita na qualidade dos pellets
Os principais componentes químicos da bentonita são SiO₂ e Al₂O₃. A análise estatística de 24 amostras de bentonita de nove províncias da China mostra um teor médio de SiO₂ de 62,39% (69,64% após a dedução das perdas por ignição) e um teor de Al₂O₃ de 16,55% (18,475% após a dedução). Como a siderurgia de alto-forno visa materiais ferrosos de alta qualidade e baixo teor de escória, os produtores de pelotas se esforçam para minimizar o uso de bentonita. Os efeitos adversos da bentonita na qualidade das pelotas incluem:
1. Redução do teor de ferro dos pellets acabados
A adição de bentonita 1% reduz o teor de ferro em aproximadamente 0,6%. Por exemplo, ao produzir pellets a partir do concentrado de ferro 64%–68%, cada aumento de 1% na dosagem de bentonita reduz o teor de ferro em 0,62%–0,66%.
2. Aumento do teor de SiO₂ e Al₂O₃ em pellets acabados
Cada adição de 1% de bentonita aumenta o teor de SiO₂ em ~0,7% e o teor de Al₂O₃ em ~0,185%, degradando a qualidade do pellet e prejudicando o desempenho metalúrgico em altos-fornos.
3. Valor econômico decrescente dos pellets acabados
Com a dosagem média de bentonita da China em ~2,0%, os pellets feitos de concentrado de ferro 66% sofrem uma queda de 1,28% no teor de ferro, um aumento de 1,39% em SiO₂ e um aumento de 0,37% em Al₂O₃.
Análise de Aplicação Prática de Bentonita Modificada
Através da seleção criteriosa de matérias-primas bentoníticas de alta qualidade e do processamento por extrusão úmida, ativação com sódio, secagem, modificação e moagem lubrificada, uma variedade de novos materiais auxiliares foi desenvolvida. Esses materiais são utilizados principalmente para os seguintes propósitos: melhorar a redutibilidade de pelotas de minério de ferro, aumentar a resistência de pelotas verdes e atuar como agentes antiexplosivos para aumentar a estabilidade térmica e a temperatura de ruptura durante a secagem, servir como espessantes para melhorar a resistência e a taxa de pelotização das pelotas, aumentar a microporosidade das pelotas, aumentar a redutibilidade e reforçar a atmosfera oxidante do combustível, atuar como agentes enriquecedores de oxigênio para aumentar a reatividade do combustível, elevar a atmosfera de oxidação na zona de ustulação, aumentar a temperatura de redução-amolecimento das pelotas e encurtar o tempo de ustulação.
Atuando como agentes fundentes para otimizar a microestrutura de pellets, controlar a geração de fases vítreas e suprimir transformações de rede indesejáveis, expansão de redução anormal e histerese de redução; atuando como dispersantes para regular a umidade em matérias-primas, garantir a formação uniforme de pellets, permitir a combinação com bentonita à base de sódio para peletização e evitar a adesão de pellets verdes durante o transporte; e estabilizando os componentes da bentonita modificada enquanto inibe a decomposição em alta temperatura e a cristalização de Fe₂O₃ em pellets, aumentando assim a produção e reduzindo o consumo de energia.
Economize o uso de bentonita
Quando misturados com bentonita em proporções específicas, esses aditivos especializados podem reduzir significativamente a quantidade de bentonita necessária. Resultados práticos mostram que, com a adição de bentonita modificada na proporção de 1,2–1,6%, o mesmo desempenho pode ser alcançado com o uso de bentonita convencional à base de sódio na proporção de 2,5–3,5%. A adição de bentonita modificada pode claramente melhorar a resistência do pellet verde, aumentar a estabilidade térmica, diminuir a dosagem de bentonita, reduzir a taxa de retorno de finos e aumentar o teor de ferro dos pellets queimados. Com base nos processos de peletização e fluxos de produção atuais, a substituição da bentonita tradicional à base de sódio por bentonita modificada reduz a dosagem de bentonita de aproximadamente 3,2% para menos de 1,8%, gerando benefícios gerais significativos. Uma análise detalhada dos benefícios econômicos específicos é apresentada na Tabela 1.
| Tabela 1 Comparação entre o ligante de bentonita modificado e a bentonita tradicional à base de sódio | ||
| Métrica de Avaliação | Bentonita tradicional à base de sódio | Ligante de Bentonita Modificado |
| Dosagem (%) | 3.2 | 1.8 |
| Consumo (kg/ton pellets) | 3.3 | 1.9 |
| Melhoria de rendimento (%) | – | 4–6 |
| Redução de Retorno Úmido (%) | – | 3–4 |
| Redução de Retorno Seco (%) | – | 1–2 |
| Redução de Custos de Processamento (%) | – | 3 |
| Aumento do teor de ferro em pellets | – | ~0,77 pontos de nota |
| Benefício econômico do aumento de qualidade (CNY/tonelada de pellets) | 0 | 13.09 |
| Preço de mercado sem impostos (CNY/tonelada) | 327 | 720 |
| Custo por tonelada de pellets (CNY/tonelada de pellets) | 10.79 | 13.68 |
| Benefício econômico abrangente (CNY/tonelada de pellets) | 0 | 10.2 |
De acordo com os resultados previstos com base na quantidade de ligante de bentonita modificada adicionada e nos indicadores de desempenho dos pellets acabados, a substituição da bentonita original à base de sódio por bentonita modificada pode reduzir a proporção de bentonita dos atuais 3,2% para menos de aproximadamente 1,8%. Esse ajuste pode resultar em benefícios econômicos abrangentes de cerca de 10,5 yuans por tonelada de pellets (10,2 yuans + 0,3 yuans). Considerando uma produção anual de 2,4 milhões de toneladas de pellets em plena capacidade, isso poderia gerar uma economia de aproximadamente 25,2 milhões de yuans para a empresa, proporcionando benefícios econômicos e ecológicos significativos.
Vantagens dos ligantes de bentonita modificados
1. Melhora a dispersibilidade, a estabilidade térmica e a taxa de nucleação.
2. Aumenta a resistência do pellet verde e a resistência ao choque térmico.
3. Reduz a dosagem de bentonita em 50%–75%, aumentando o teor de ferro e diminuindo o teor de SiO₂.
4. Reduz o tempo de torrefação em alta temperatura, aumentando a produção e reduzindo o consumo de energia.
5. Apoia a estratégia de desenvolvimento de aço verde e de alta qualidade da China, de acordo com as diretrizes do 19º Congresso Nacional.
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