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Patent Searching and Data


Title:
PROCESS FOR OBTAINING SODIUM SILICATE POWDER FROM SANDY TAILINGS FROM THE PROCESS OF CONCENTRATING IRON ORE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/035318
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a process for obtaining sodium silicate powder from sandy tailings from iron ore processing processes. The present invention is intended mainly for the production of raw material used for manufacturing geopolymers for use mainly in the building industry and for paving roads. Recycling said waste decreases the environmental impact caused by disposal thereof in large waste piles and makes it possible to add value to said waste by producing a product of commercial use.

Inventors:
VOGT JORDANNA (BR)
LAMEIRAS FERNANDO (BR)
Application Number:
BR2020/050261
Publication Date:
March 04, 2021
Filing Date:
July 15, 2020
Export Citation:
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Assignee:
VALE SA (BR)
International Classes:
C01B33/32; B09B3/00
Foreign References:
RU2682635C12019-03-19
CN108726525A2018-11-02
CN102583417A2012-07-18
RU2374177C12009-11-27
RU2335456C12008-10-10
Attorney, Agent or Firm:
KASZNAR LEONARDOS INTELLECTUAL PROPERTY (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Processo de obtenção de silicato de sódio em pó a partir de rejeito arenoso oriundo do processo de concentração de minério de ferro caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) retirar a fração ultrafina, que possui granulometria menor que 40 miti, presente no rejeito arenoso proveniente de processo de concentração de minério de ferro; b) submeter o material deslamado à remoção de excesso de umidade; c) secar o material resultante após remoção do excesso de umidade; d) adicionar ao material seco uma solução de hidróxido de sódio, a uma concentração entre 33 e 38mol/L, na proporção de uma parte em massa de rejeito para duas partes em massa de solução; e) submeter o rejeito e a solução de hidróxido de sódio à mistura até sua completa homogeneização; f) submeter a mistura a tratamento térmico à temperatura entre 400 °C e 500 °C e, em seguida, resfriar o material obtido; g) acondicionar o material resfriado, sendo este o produto final, evitando absorção de umidade.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material deslamado resultante da etapa a) apresenta percentual de sólidos que varia de 20 a 65% em massa.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção de excesso de umidade da etapa a) é realizada por ciclonagem, espessamento, centrifugação ou por uma combinação dessas operações unitárias.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção de excesso de umidade da etapa b) é realizada por filtragem ou centrifugação.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto da remoção de excesso de umidade da etapa b) tem umidade de até 15% em massa.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a secagem da etapa c) é feita em secador convencional, podendo ser do tipo secador rotativo ou por leito fluidizado.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do produto final após o resfriamento da etapa f) encontra-se na faixa entre 60 °C e 75 °C.

Description:
"PROCESSO DE OBTENÇÃO DE SILICATO DE SÓDIO EM PÓ A PARTIR DE REJEITO ARENOSO ORIUNDO DO PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DE

MINÉRIO DE FERRO"

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um processo de produção de silicato de sódio em pó a partir de rejeitos arenosos da produção mineral, notadamente de processos de beneficiamento de minério de ferro. A presente invenção se destina, principalmente, à produção de matéria- prima utilizada na fabricação de geopolímeros e materiais ativados em meio alcalino a serem empregados principalmente pela indústria da construção civil e na pavimentação de estradas. O aproveitamento desse rejeito diminui o impacto ambiental gerado pela disposição em grandes barragens, além de viabilizar a agregação de valor a um rejeito através da obtenção de um produto de aplicação comercial.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O silicato de sódio é um composto inorgânico, que tem a fórmula geral Na 2 0.xSi0 2 (onde x está entre 2,06 e 3,87), obtido pela combinação de S1O2 (dióxido de silício ou sílica) e Na 2 0 (óxido de sódio). Pode ser encontrado tanto em solução aquosa como na forma sólida, sendo amplamente utilizado em diversas aplicações, produtos e processos industriais, em vários setores da indústria.

[003] A família dos silicatos de sódios, também conhecidos como vidro solúvel ("waterglass"), apresenta vários compostos que contêm óxido de sódio (Na20) e sílica (S1O2), ou uma mistura de silicatos de sódio, variando suas relações ponderais, teor de sólidos, densidade e viscosidade. Esses materiais apresentam uma série de compostos, podendo ser encontrados na forma de ortossilicato de sódio (Na4SiC>4), metassilicato de sódio (Na2SiC>3), polissilicato de sódio, ([Na2SiC>3]n), pirossilicato de sódio (NaeShO?), dentre outros. Tais compostos apresentam características vítreas, incolores e transparentes, e dissolvem-se em água, além de estarem disponíveis comercialmente na forma de pó ou de solução viscosa. Algumas formas são solúveis e outras são quase insolúveis, sendo as formas insolúveis facilmente dissolvidas por aquecimento com água sob pressão. [004] O silicato de sódio é estável em soluções neutras e alcalinas. Em soluções ácidas, o íon silicato reage com íons hidrogénio para formar ácido silícico, o qual, quando aquecido, forma sílica gel, que se trata de uma substância dura e vítrea.

[005] As principais aplicações do silicato de sódio são como agentes adesivos/aglomerantes, muito importantes em diversos tipos de indústrias tais como a de papel, madeira, de chapas metálicas, vidro, porcelanas, aplicações óticas, materiais isolantes, cimentos refratários, cimentos resistentes e à prova de ácidos, briquetes, entre outros. Os silicatos solúveis podem também reagir com fluoreto de silício ou com sílica para a produção de cimentos resistentes a ácido com baixa contração e com uma expansão térmica próxima àquela do aço.

[006] Na mineração, o silicato de sódio é aplicado devido à sua capacidade de dispersão das partículas de argila, areia, quartzo, fluorita, caulim, entre outros, atuando, dessa maneira, como auxiliar na etapa de moagem. É também muito utilizado no processo de flotação, pois atua como reagente modificador, sendo empregado como reagente depressor e dispersante. Destaca-se seu uso na flotação de sulfetos. Há referências também sobre sua aplicação na remediação de drenagens ácidas em minas, devido a sua característica básica e como sintetizador de zeólitas.

[007] Na construção civil, o silicato de sódio é utilizado na fabricação de impermeabilizantes de pisos, paredes e lajes. É utilizado também como aditivo para acelerar a cura do cimento e na fabricação de divisórias de paredes e portas corta fogo, devido a sua resistência a altas temperaturas. Também é utilizado na produção de isolantes térmicos. Ele encontra ainda aplicações nas indústrias de cosméticos e detergentes.

[008] Como é amplamente conhecido por especialistas no assunto, industrialmente, os métodos mais comumente usados na fabricação de silicatos de sódio são:

• fusão de sílica com carbonato de sódio (Na2CC>3) a 1300°C;

• fusão de sílica com sulfato de sódio (Na2SC>4) a 1300°C;

• pelo vapor d'água em uma mistura fortemente aquecida de areia e cloreto de sódio;

• em soluções de hidróxido de sódio (NaOH), pelo aquecimento em autoclaves de minerais silicosos (areia, calcedônia, opala, diatomita, etc.), a altas temperatura e pressão.

[009] A produção de silicatos de sódio pela reação entre o carbonato de sódio e a sílica (areia), é um processo intensivo energeticamente, devido ao grande dispêndio de energia para a manutenção da alta temperatura no forno.

[0010] O processo convencional na fabricação do silicato de sódio consiste na mistura da sílica (S1O2) com carbonato de sódio (Na2CC>3) ou, menos frequentemente, com sulfato de sódio (NazSC ), que são fundidos em forno com alta temperatura (de 1200 °C a 1500 °C) e pressão. Um segundo processo envolve a dissolução de mineral silicatado (areia, calcedônia, opala, diatomito, etc.) em solução de hidróxido de sódio (NaOH), também com alta temperatura e pressão, este último mais comum no Brasil.

[0011] A mistura vítrea é submetida a alta pressão em autoclave, havendo injeção de vapor e água. Forma-se, então, um fluido claro e levemente viscoso, sem odor e completamente solúvel em água. A solução, fortemente alcalina, é estável sob todas as condições de uso e armazenamento. A solução pode ser seca para formar cristais hidratados de silicato de sódio. As propriedades finais do silicato produzido dependem da relação S1O2 /Na 2 0, que pode ser alterada pela adição de NaOH durante o processo, o qual pode ser resumido pela reação:

Na2C03 + nSi02 — Na20.nSi02 + CO2 [0012] O silicato de sódio contém três componentes: a sílica, que é o constituinte primário; o álcali, representado pelo óxido de sódio, e a água, que confere as características de hidratação.

[0013] Os silicatos de sódio solúveis são polímeros de silicatos. Quanto maior o grau de polimerização, maior a proporção de átomos de oxigénio partilhados pelos tetraedros de S1O2; portanto, maior a relação Si02/Na20, a qual é denominada de "módulo de sílica" e que varia de 1,6 a 3,75. Mesmo sendo possível produzir silicatos com módulos acima de quatro, na prática a solubilidade é muito baixa. A razão Si0 2 /Na 2 0 do silicato, geralmente expressa em massa, determina as propriedades físicas e químicas do produto e sua atividade funcional. A variação dessa relação permite múltiplos usos para o silicato de sódio. À medida que cresce a relação SiC /NazO, cresce a viscosidade e diminui o pH da solução. Com o aumento da concentração, a solução vai aumentando sua viscosidade até se tornar um sólido. Por esta razão, soluções comerciais com maior módulo de sílica são fornecidas com menor concentração de sólidos totais.

[0014] O fluxograma da fabricação convencional do silicato de sódio, pelos processos de fusão e hidrotérmico, é apresentado na Figura 1, sendo que em ambos processos é obtido um produto com as mesmas especificações físicas e químicas.

[0015] Pelo primeiro processo (a), a fusão entre o carbonato e a areia ocorre no forno à temperatura de 1.500 °C. Posteriormente, o produto obtido dessa fusão (100% silicato de sódio) é enviado à autoclave e é adicionada água. Sob pressão, o silicato é dissolvido, tornando-se uma solução de silicato de sódio, que é posteriormente filtrada.

[0016] As reações químicas que ocorrem no processo por fusão (a) são: Na20. XS1O2 + nh O -> Na2O.xSiO2.nH2O [0017] No processo hidrotérmico (b), a soda cáustica e a areia são misturadas e colocadas no reator, a alta pressão e temperatura, onde ocorre a seguinte reação:

2 NaOH + xSi0 2 +(n-l)H 2 0 ® Na2O.xSiO2.nH2O [0018] No processo utilizando carbonato de sódio, normalmente faz- se a adição de hidróxido de sódio apenas com a finalidade de calibrar o teor de Na 2 0 no produto final. A filtração ocorre para eliminar a sílica existente na forma de coloides.

[0019] Diante da busca de variadas fontes alternativas para a produção de silicato de sódio, nota-se que na extração de minério de ferro é gerada uma enorme quantidade de resíduos, provenientes das diferentes etapas do processo de beneficiamento do minério, constituído de componentes sólidos, principalmente arenosos, semelhantes a uma areia muito fina.

[0020] Os resíduos de mineração apresentam a vantagem de possuir características químicas muito semelhantes à areia comum, o que aumenta o potencial de serem aproveitados em substituição à areia (S1O2).

[0021] Esses resíduos arenosos, gerados numa quantidade comparável àquela do concentrado de minério de ferro, são estocados em barragens ou são utilizados para preenchimento de cavas de mineração. Por isso, a disponibilidade desses resíduos, aliada à sua semelhança com areia comum, tem potencial para torná-los matérias- primas para vários segmentos industriais, notadamente na fabricação de produtos para a construção civil.

[0022] A preocupação com a reciclagem de resíduos tem se tornado tema de pesquisas direcionadas à redução dos impactos ambientais negativos associados aos resíduos. No caso do Brasil, destacam-se preocupações voltadas para o considerável volume de resíduos gerados na indústria de mineração. Mais especificamente, no caso de rejeitos oriundos do beneficiamento de minério de ferro, tem sido dado grande foco à sua reutilização e agregação de valor. [0023] O potencial de uso desses resíduos provoca impacto ambiental positivo, quando se leva em conta os benefícios que podem trazer considerando a grande quantidade de rejeitos produzidos na extração do minério, evitando então sua estocagem em barragens, ou mesmo diminuindo sobremaneira o tamanho e volume dessas instalações.

[0024] Outros processos de obtenção de silicato de sódio têm sido foco de investigação, à luz das novas matérias-primas como fontes de material silicoso. O estado da técnica contempla publicações relacionadas ao processo de produção de silicato de sódio, conforme exemplificado a seguir.

[0025] O documento PI 0101413-7, depositado em 06/03/2001, apresenta a invenção "Processo para a produção de silicato de sódio e/ou sílico aluminato de sódio", de autoria de Hélio José da Silva e Paolo Giuseppe Comini. Revela-se um processo de produção de silicatos de sódio a partir de uma matéria-prima de baixo custo, um resíduo de processo, sem que haja aporte de energia, já que o material é reativo. Consiste basicamente na lixiviação entre escórias resultantes dos processos sídero- metalúrgicos (alto-forno e aciaria) e uma substância alcalina, como por exemplo, hidróxido de sódio (NaOH), carbonato de sódio (Na2COs) ou trona (Na 2 C03.NaHC03). Diferentemente do que é apresentado no processo da presente invenção, que envolve um tratamento térmico, ou seja, pirometalúrgico, para que ocorra a reação de formação do silicato de sódio, esse documento discorre sobre um processo hidrometalúrgico para a produção do silicato de sódio e/ou sílico aluminato de sódio, que envolve uma reação de lixiviação sem a necessidade de aporte de energia. [0026] Ferreira, M.J. (2013), em sua dissertação de mestrado em Engenharia Química do programa de pós-graduação da Universidade Federal de Santa Catarina, intitulada "Obtenção de silicato de sódio por lixívia alcalina a partir da cinza da casca de arroz (cinza da casca de arroz) para uso como defloculante", utilizou a cinza obtida a partir do processo de combustão da casca do arroz, na obtenção de silicato de sódio. O processo incluiu extrair a sílica por lixiviação alcalina com hidróxido de sódio, produzindo silicato de sódio e cinza de casca de arroz residual. A extração foi realizada nas concentrações de 1,5 e 3,0 N de hidróxido de sódio, em temperaturas de 80 e 90 °C. Avaliou-se a reação nos tempos de 1 e 2 horas para cada concentração estudada. Os silicatos solúveis apresentaram módulos de sílica entre 2,04 e 2,83. Para esse silicato resultante foram medidos a densidade, viscosidade e percentual de sílica. Assim, o silicato de sódio produzido experimentalmente foi testado como defloculante para matérias-primas cerâmicas com um percentual de 0,40, comparando-o com um de 0,37% do silicato comercial. Esse processo se difere da presente invenção, já que emprega um processo hidrometalúrgico (lixiviação alcalina) para a obtenção do silicato de sódio, ao invés de um processo pirometalúrgico.

[0027] A patente US 7.335.342, depositada em 14/03/2006, em nome de Council of Scientific and Industrial Research, intitulada "Process for the preporotion of sodium silicote from kimberlite tailing”, apresenta um processo para a preparação de silicato de sódio a partir de rejeitos de kimberlito gerados como resíduos sólidos durante a mineração de diamantes. O processo compreende a reação de rejeitos de kimberlito em meio ácido para remover as impurezas solúveis, seguido pela digestão do rejeito de kimberlito com uma solução alcalina em sistema aberto ou fechado, para se obter silicato de sódio para ser empregado em aplicações comerciais.

[0028] Nesse documento é apresentada uma aplicação para o rejeito sólido da mineração de diamante (kimberlito), cuja composição típica é: Si0 2 30-32%; Al 2 0 3 2-5%; Ti0 2 5-8%; CaO 8-10%; MgO 20-24%; Fe 2 0 3 5-11%; perda ao fogo (PF) 15%.

[0029] A rota proposta envolve o uso de rejeito de kimberlito como fonte de sílica para a produção de silicato de sódio. Primeiramente, o rejeito é submetido a uma etapa de limpeza, lixiviação com ácido clorídrico a 18% p/v, em uma razão de 1:4, a uma temperatura de 95-100°C, por 3 a 5 horas. Após esse tempo, a polpa é filtrada e lavada até atingir pH neutro. Em sequência, é submetida à digestão com soda cáustica, onde é adicionada ao material uma solução de NaOFI 8 a 10% em peso, a uma razão sólido líquido de 1:4, a uma temperatura de 95-190°C, em sistema fechado, ou à temperatura de ebulição em um sistema aberto por um período de 3 a 4 horas, obtendo silicato de sódio nas propriedades requeridas.

[0030] Diferentemente do que é proposto nesse documento, na presente invenção, o silicato de sódio é obtido pela reação de hidróxido de sódio com o rejeito da flotação em temperaturas da ordem de 450°C durante 2,5 horas. Obtém-se silicato de sódio em pó (Na 2 Si0 3 ) misturado com o óxido de ferro residual do rejeito.

[0031] Ainda vale destacar que tem sido crescente a busca de materiais alternativos em relação ao cimento Portland, cujo processo de produção cause menor impacto ambiental, com pesquisas em todo o mundo. Dentre esses materiais destacam-se os geopolímeros, que são ligantes cimentícios com função similar ao cimento Portland. Atualmente, há um crescente interesse nos geopolímeros uma vez que seu processo de fabricação emite apenas um quinto da quantidade de gás carbónico emitida para a fabricação de cimento Portland. A indústria do cimento Portland, dentro do setor industrial, é o segundo maior emissor de gás carbónico. Esses ligantes são obtidos pela ativação alcalina de materiais ricos em sílica e alumina, com destaque para os metacaulins e resíduos industriais. É necessária a adição de sílica na forma de silicatos de sódio (ou potássio) ao metacaulim de modo a aumentar o teor de sílica na obtenção do geopolímero.

[0032] Os geopolímeros são polímeros inorgânicos de elevada resistência, obtidos a partir de um sólido mineral reativo que contêm óxido de silício e de alumínio e que recebem uma solução básica de ativação com hidróxidos ou silicatos alcalinos.

[0033] Os geopolímeros são produtos que possuem inúmeras aplicações na construção civil como substituto do cimento, além de promover a redução de emissão de CO2, porque não utilizam produtos de origem fóssil, como o petróleo. Seu uso em pavimentação é muito positivo, na medida em que diminui consideravelmente a frequência da manutenção corretiva, já que não apresentam rachaduras e derretimento com o calor, o que também implica em redução os custos de pavimentação e manutenção de vias. [0034] A presente invenção apresenta, ainda, uma alternativa à produção de geopolímeros, onde se utiliza o rejeito arenoso oriundo do processo de concentração do minério de ferro como agregado e o silicato de sódio produzido a partir desse mesmo rejeito. A obtenção de geopolímeros a partir desses rejeitos se apresenta como uma alternativa à redução de áreas de estocagem de rejeitos e à eliminação de barragens.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0035] A presente invenção tem como objetivo geral proporcionar um processo de obtenção de silicato de sódio a partir de rejeito arenoso do processo de concentração de minério de ferro, como fonte de sílica, para uso na fabricação de geopolímeros.

[0036] São ainda objetivos da presente invenção diminuir a disposição de rejeitos em unidades de processamento de minério de ferro, o que representa grande impacto ambiental, e o aproveitamento desse rejeito, transformando-o em um produto comercial.

[0037] Outro objetivo da presente invenção é, portanto, reduzir o impacto ambiental gerado pela disposição de rejeito de processamento mineral em barragens, o que é possível através do aproveitamento desse material como fonte de material silicatado para a produção de silicato de sódio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0038] A presente invenção, em sua concretização preferencial, revela um processo de obtenção de silicato de sódio em pó a partir de rejeito arenoso oriundo do processo de concentração de minério de ferro compreendendo as seguintes etapas: a) retirar a fração ultrafina (granulometria menor que 40 pm), também denominada lama, presente no rejeito arenoso proveniente do processo de concentração de minério de ferro; b) submeter o material deslamado à remoção de excesso de umidade; c) secar o material resultante após remoção do excesso de umidade; d) adicionar ao material seco uma solução de hidróxido de sódio, a uma concentração entre 33 e 38mol/L, na proporção de uma parte em massa de rejeito para duas partes em massa de solução; e) submeter o rejeito e a solução de hidróxido de sódio à mistura em equipamento adequado garantindo sua perfeita homogeneização; f) submeter a mistura a tratamento térmico à temperatura entre 400°C e 500°C e, em seguida, resfriar o material obtido; e g) acondicionar o material resfriado, sendo este o produto final, evitando absorção de umidade devido a seu comportamento higroscópico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0039] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[0040] A Figura 1 ilustra um diagrama de blocos simplificado da produção do silicato de sódio a partir de processo de fusão (a) ou processo hidrotérmico (b);

[0041] A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos simplificado do processo de produção de silicato de sódio em pó a partir de rejeito arenoso oriundo do processo de concentração de minério de ferro, conforme presente invenção; [0042] A Figura 3 apresenta um processo de obtenção de geopolímero utilizando-se silicato de sódio obtido a partir de rejeito arenoso;

[0043] A Figura 4 ilustra um difratograma de raios- X do silicato de sódio obtido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0044] Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, as concretizações preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.

[0045] A matéria requerida na presente invenção será detalhada doravante, a título de exemplo e não limitativo, uma vez que os materiais e métodos aqui revelados podem compreender diferentes detalhes e procedimentos, sem fugir ao escopo da invenção. A menos que indicado ao contrário, todas as partes e porcentagens reveladas a seguir, são em peso. [0046] A principal abordagem dessa invenção está relacionada a um processo para produção de silicato de sódio a partir de material contendo elevado percentual de sílica (S1O2) em sua constituição, material esse sendo o rejeito de flotação, oriundo do processo de concentração de minério de ferro.

[0047] Em uma concretização preferencial, o processo de produção de silicato de sódio da presente invenção utiliza como fonte de material contendo sílica, o rejeito arenoso proveniente do processo de concentração de minério de ferro por flotação, que possui características semelhantes à areia comum e pode ser utilizado nesse processo de produção, substituindo a areia como fonte de sílica.

[0048] Ainda em uma concretização preferencial, o processo de produção do silicato de sódio da presente invenção compreende as seguintes etapas: a) retirar a fração ultrafina (granulometria menor que 40 pm), também denominada lama, presente no rejeito arenoso proveniente do processo de concentração de minério de ferro; b) submeter o material deslamado à remoção de excesso de umidade; c) secar o material resultante após remoção do excesso de umidade; d) adicionar ao material seco uma solução de hidróxido de sódio, a uma concentração entre 33 e 38mol/L, na proporção de uma parte em massa de rejeito para duas partes em massa de solução; e) submeter o rejeito e a solução de hidróxido de sódio à mistura em equipamento adequado garantindo sua perfeita homogeneização; f) submeter a mistura a tratamento térmico à temperatura entre 400 °C e 500 °C e, em seguida, resfriar o material obtido; e g) acondicionar o material resfriado, sendo este o produto final, evitando absorção de umidade devido a seu comportamento higroscópico. [0049] O processo se inicia com a retirada do material ultrafino (com granulometria menor que 40 pm), também denominada lama, presente no rejeito arenoso, que pode ser realizada por ciclonagem, espessamento, ou centrifugação ou, mais adequadamente, em uma combinação dessas operações unitárias, resultando em um material com granulometria apropriada ao processamento subsequente.

[0050] Após remoção da fração ultrafina, o material deslamado, com percentagem de sólidos que pode variar de 20 a 65% (em massa), é encaminhado a uma etapa de desaguamento, que pode ser por filtragem ou centrifugação, preparando-o para a etapa seguinte, de secagem. O objetivo da filtragem é minimizar a umidade do material, o que implica em menor consumo energético. A umidade da torta obtida está relacionada, além da presença de finos, também com os minerais presentes. Com essa operação unitária obtém-se, preferencialmente, uma torta com umidade de até 15% em massa, entretanto, não se limitando a esse valor.

[0051] Portanto, a etapa seguinte, de secagem, é importante para garantir a retirada do excesso de umidade do material. Esse processo pode ser realizado de variadas formas, contudo as mais habituais para sólidos são baseados em trocas de calor e, no caso da presente invenção, preferencialmente podem ser por método direto (convecção) ou indireto (condução). A secagem é feita em secador convencional, podendo ser do tipo secador rotativo ou por leito fluidizado, por exemplo. A temperatura de secagem empregada industrialmente, em geral quando se trata de materiais sem problema de serem oxidados, é até 105°C, mas assim como o tempo necessário, poderá ser definida em função do tipo de equipamento a ser utilizado. Dependendo das condições climáticas e da disponibilidade de estocagem, a secagem também pode ser feita ao tempo.

[0052] Em sequência à secagem, ao material seco é adicionada solução de hidróxido de sódio a uma concentração entre 33 e 38 gmol/L, a uma razão em massa de uma parte de material seco e duas partes da solução, para a obtenção de uma pasta. É utilizado um misturador e deve- se garantir uma mistura eficiente e que haja homogeneidade do material. A mistura é realizada por cerca de 2 minutos, de forma constante, sem liberação de calor.

[0053] A mistura obtida é direcionada a uma etapa térmica, podendo ser utilizado um forno rotativo, a uma temperatura de processo entre 400°C e 500°C. O aquecimento da mistura pode ser feito a uma taxa média de aquecimento de 10°C/min, e tempo de residência preferencial de 2,5 horas, não se restringindo a esse tempo. Após o tratamento térmico, o material é submetido a uma etapa de resfriamento em um trocador de calor, que pode ser do tipo casco e tubo. Após resfriamento, a temperatura do silicato de sódio em pó, produto final da presente invenção, deve estar na faixa entre 60 °C e 75 °C. Esse produto, por apresentar elevada higroscopicidade, deve ser acondicionado em recipiente ou local fechado, de forma a evitar a absorção de umidade.

EXEMPLO

[0054] Foram realizados testes em escala de bancada com amostras de rejeito de processamento de minério de ferro, buscando a produção de silicato de sódio em pó. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de obtenção de um silicato de sódio adequado à utilização na produção de geopolímeros.

[0055] Foram utilizados nesses ensaios, dois rejeitos de flotação de uma unidade de concentração de minério de ferro, identificadas como VGR1 e VGR2. A composição química das amostras é apresentada na Tabela 1.

Tabela 1: Composição química média das amostras de rejeito de flotação de minério de ferro (Técnica: Fluorescência de Raios X)

[0056] A polpa de rejeito foi primeiramente decantada, separando-se por sifonamento o sobrenadante, que continha a fração ultrafina, menor que 40 pm. O material decantado e espessado foi submetido à secagem em estufa por 24h, à temperatura de 100°C. Após secagem, o material foi desagregado e homogeneizado.

[0057] Na sequência da preparação do silicato de sódio, adicionou-se ao material seco e homogeneizado uma solução de NaOH de concentração 37gmol/L, a uma razão 1:2 material seco / solução em massa.

[0058] A mistura foi levada ao forno sendo aquecida a uma taxa de 10 °C/min até 450 °C, mantendo-se essa temperatura por 2,5h. O produto desse tratamento térmico é o silicato de sódio, obtido na forma de pó. Após essa etapa, foi resfriado em temperatura ambiente e foi armazenado em recipiente fechado de forma a não absorver água do ambiente devido ao seu comportamento higroscópico.

[0059] Para fins de caracterização do silicato de sódio em pó foram realizadas Difração de Raios X e Fluorescência de Raio X. O diagrama da difração é apresentado na Figura 4.

[0060] ATabela 2 apresenta a composição química do silicato de sódio em pó obtido. Nota-se que a relação Si0 2 /Na 2 0 é menor do que 1, diferentemente dos silicatos comerciais, cuja relação se encontra na faixa entre 1,60 e 3,75. Esse excesso de Na 2 0 é uma característica importante desse produto, porque a adição de água para obtenção da pasta do ligante fornece o meio alcalino necessário para dissolução de íons aluminatos e silicatos do metacaulim ou de outras fontes desses íons para a formação do geopolímero.

Tabela 2: Composição química de amostras obtidas de silicato de sódio a partir de rejeito arenoso (Técnica: Fluorescência de Raios X)

*ND: não detectado

[0061] O silicato de sódio em pó (Na 2 SiC>3), obtido a partir do processo descrito pela presente invenção, oriundo de rejeito arenoso do processo de concentração de minério de ferro, pode ser utilizado na produção de geopolímero, que tem aplicação em pavimentação de estradas, por exemplo, cujo processo de obtenção é apresentado no diagrama de blocos da Figura 3.

[0062] O silicato de sódio em pó obtido pela técnica apresentada, conforme Figura 3, pode ser misturado a metacaulinita ou outra fonte de alumínio-silicato amorfo em pó juntamente com o rejeito de flotação. Em seguida, adiciona-se água a essa mistura, produzindo-se uma pasta, que é moldada para se obter monólitos endurecidos. Esse material pode substituir a argamassa de cimento Portland, com a vantagem de incorporar uma alta fração de rejeito, o que não é possível com esse tipo de cimento. O geopolímero obtido pode ser utilizado na construção civil ou em obras de pavimentação de calçadas e estradas. A obtenção de geopolímero a partir de fontes alternativas contendo sílica tem sido objeto de pesquisas e seu uso apresenta a vantagem de evitar a manipulação de soluções altamente alcalinas, além de ter um processo muito parecido com a obtenção de argamassas de cimento Portland.

[0063] Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.

[0064] É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.

[0065] Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.