INTRODUÇÃO
O objetivo deste projeto foi a viabilização da produção da liga FeSiMn da Vale Manganês nas unidades de MG usando o minério de manganês de Morro da Mina, localizada em Conselheiro Lafaiete, doravante chamado MnMM.
A Vale Manganês possui plantas de ligas de manganês em Barbacena MG e Ouro Preto MG, especializadas na produção de FeSiMn com capacidade de 120.000 t/ano. A liga é produzida em fornos elétricos e o consumo de energia é na ordem de 4.250 Kwh/t.
Normalmente, para a produção de FeSiMn, o minério MnMM representa 50% da carga, os outros 50% são compostos por minérios das minas da Vale em Carajás e Urucum.
Em função do ritmo passado de produção das unidades de MG, o consumo de minério MnMM era 140.000 t/ano que otimizava o custo da produção na mina.
PROBLEMA
Em 2015 houve redução de 50% da produção de ligas devido ao fim do contrato de energia elétrica e pela redução da demanda no mercado interno, o que levou ao desligamento da planta de Ouro Preto.
O consumo de MnMM reduziu-se a um nível que não otimizava mais o custo de produção. Por se tratar de um minério com 30% Mn, era inviável compensar a redução do consumo local com exportação. Para retomar custos otimizados, seria necessário dobrar o consumo em Barbacena, um desvio muito importante em relação à prática normal.
O manganês no minério MnMM está na forma de carbonato, MnCO3, sendo que, na maioria dos minérios, o Mn está na forma de óxido, MnO2.
Enquanto a redução de MnO2 à forma MnO (1) é exotérmica, a decomposição do MnCO3 em MnO e CO (2) é endotérmica conforme abaixo.
1 ∆H°298 = -148,10 kJ
2 ∆H°298 = +289,00 kJ
O aumento do uso de carbonato aumenta o consumo de energia e reduz a produtividade.
SOLUÇÃO PROPOSTA
O incremento do MnMM em cerca de 50%, com os parâmetros atuais, significaria um aumento adicional do volume de escória gerada na produção da liga que acarretaria no aumento do consumo de energia e distúrbios no processo.
Foram realizadas alterações dos parâmetros de basicidade de 0,5 para 0,85, e o % Mn da escória de 10% para 7% de modo a manter o volume de escória.
A basicidade da escória é dada pela fórmula .
Um fator importante a ser considerado é que resistividade elétrica que determina a tendência que uma determinada carga mineral para aumentar ou diminuir a distância entre a ponta do eletrodo e a soleira do forno, fixados o comprimento de eletrodo e a relação entre a tensão e corrente elétrica de trabalho. Quanto menor a distância entre a ponta do eletrodo e a soleira do forno, melhor o rendimento térmico.
Em fornos elétricos, resistividade elétrica da carga e cinética das reações são mais importantes que a termodinâmica das reações na determinação dos rendimentos térmicos de consumo de carbono do forno.
AVALIAÇÃO DA SOLUÇÃO
Abaixo apresenta uma comparação entre os parâmetros de processo de uma carga convencional, com uma carga no qual elevou-se o consumo do minério MnMM.
| CONVENCIONAL | PROPOSTO | |
| Minério MnMM % | 57 | 100 |
| Minério Carajás e Urucum % | 43 | 0 |
| Energia elétrica MWh/t | Aumento de 9% | |
| Produtividade t/h | Redução de 6% | |
Pelo lado negativo, houve aumento de 9% no consumo de energia e perda de 6% na produtividade dos fornos de ferroligas.
Pelo lado positivo, o aumento do uso do minério MnMM trouxe:
- Aumento de 80% na produção da mina, o que reduziu os custos unitários em cerca de 29%.
- Nos fornos, diminuição da concentração volumétrica da carga de redutores, melhorando a resistividade da carga.
- Aporte de MgO e CaO necessário ao processo o que compensa em parte as reações de decomposição do MnCO3 pois dispensa o uso de calcário.
O indicador de impacto econômico da alteração de cargas é a Margem de Contribuição Específica – MCE. Ele permite a comparação de lucro marginal entre duas cargas com níveis diferentes de eficiência energética e de produtividade. A MCE é definida como:
3
Sendo:
PV = Preço de Venda da liga
CV = Custo Variável da liga
CEE = Consumo Específico de Energia
No caso em questão, a MCE com uso de 100% de MnMM implicou num aumento da MCE em 8% em relação à carga mineral convencional.
Morro da Mina Minério MnMM
Planta Barbacena Forno com 100% de MnMM
CONCLUSÕES
Apesar do esperado aumento do consumo de energia e perda de produtividade dos fornos com a carga mineral usando 100% de minério MnMM, houve aumento de 80% da produção da mina o que otimizou o custo do minério em cerca de 29%. Em consequência, os efeitos negativos foram mais que compensados e a Margem de Contribuição Específica da ferroliga foi beneficiada em 8%.
