Title

Redutibilidade do Minério de Ferro Samarco e Suas Implicações Catalíticas para a Reforma do Metano e Geração de Gás de Síntese em Processo de Redução Direta

Samarco Iron Ore Reducibility and Its Catalytic Implications for Methane Reforming and Syngas Generation in Direct Reduction Process

Authorship

GONÇALVES, GABRIEL FERRAZ SENA; ROCHA, CLARISSA PEREIRA IMBIRIBA DA; GARIGLIO, EVANIO; OTAVIANO, MAURICIO MARCOS; SILVA, RICARDO JOSÉ DA

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SILVA, RICARDO JOSÉ DA

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DOI

10.5151/2594-357X-43885

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Abstract

Este estudo investiga a reatividade físico-química do ferro esponja obtido a partir do pellet feed e a redutibilidade do respectivo minério, comparando o pellet feed Samarco a um pellet feed hematítico convencional por meio da Reação de Superfície com Temperatura Programada utilizando CH₄ puro e da Difratometria de Raios X in situ. A campanha experimental foi conduzida com estágios de reação isotérmicos entre 500 °C e 900 °C e monitoramento contínuo dos gases de saída. Os resultados demonstram que o minério Samarco apresenta redutibilidade significativamente superior, com nucleação de ferro metálico ocorrendo aproximadamente 100 °C antes do que na amostra de referência, e com redução completa para α-Fe a 900 °C — condições sob as quais o minério hematítico retém aproximadamente 6% em massa de wustita (FeO) residual. A análise quantitativa de fases por refinamento confirma a sequência progressiva de transformação em menores limiares térmicos para o minério Samarco. A antecipação da nucleação de Fe metálico estabelece superfícies cataliticamente ativas que promovem a reforma in situ de CH₄,(a reforma ocorre principalmente na região inferior onde já há Fe metálico independentemente da nucleação precoce.do Fe metálico, gerando uma razão de seletividade H₂/CO substancialmente maior e produção significativamente menor de CO₂ em comparação com o minério de referência. A atividade catalítica aprimorada do minério Samarco para geração de gás de síntese contribui para otimizar a produtividade do reator, reduzir o consumo energético específico e mitigar a intensidade das emissões de CO₂.

This study investigates the physicochemical reactivity of sponge iron produced from pellet feed and the reducibility of the corresponding iron ore by comparing Samarco pellet feed with a conventional hematitic pellet feed using Temperature-Programmed Surface Reaction (TPSR) with pure CH₄ and in situ X-ray diffraction (XRD). The experimental campaign was conducted under isotermal reaction stages between 500 °C and 900 °C with continuous monitoring of outlet gases. The results demonstrate that Samarco ore exhibits significantly enhanced reducibility, with metallic iron nucleation occurring approximately 100 °C earlier than in the reference sample, as well as complete reduction to α-Fe at 900 °C — conditions under which the hematitic ore retained approximately 6 wt.% residual wustite (FeO). Quantitative phase analysis by Rietveld refinement confirmed the progressive transformation sequence occurring at lower thermal thresholds for the Samarco ore. The earlier nucleation of metallic Fe establishes catalytically active surfaces that promote in situ CH₄ reforming, generating a substantially higher H₂/CO selectivity ratio and significantly lower CO₂ production compared with the reference ore. The enhanced catalytic activity of Samarco iron ore for syngas generation contributes to optimizing reactor productivity, reducing specific energy consumption, and mitigating the intensity of CO₂ emissions.

Keywords

Redução direta, TPSR, reforma de metano, redutibilidade de minério de ferro

Direct reduction, TPSR, methane reforming, iron ore reducibility