03 - Pelotização

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PELOTIZAÇÃO 
 BENEFICIAMENTO DE MATERIAS PRIMAS 
INTRODUÇÃO: 
 As jazidas de minério de ferro contem, naturalmente, uma parcela 
de fios de tamanho inferior a 6 mm. E unanimidade na siderurgia nacional 
que esta e a dimensão mínima aceitável em minérios granulados para a 
utilização em altos-fornos. Além disso, durante a lavra, processamento de 
concentração, classificação, manuseio e transporte do minério, e gerada 
uma quantidade adicional de partículas finas e ultrafinas, cuja aplicação 
direta nos reatores de redução e impraticável. A utilização do minério nesse 
estado tornaria a carga pouco permeável à passagem dos gases redutores, 
diminuindo a performance operacional. Por outro lado, a separação dessa 
parcela ,considerando-a como rejeito, teria as seguintes implicações, 
dentre outras: 
 -Diminuição do rendimento da lavra; 
 -Aumento dos custos operacionais; 
 -Redução das reservas 
 -Aumento dos rejeitos. 
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 O objetivo era agregar em pedaços de tamanho adequado um 
grande numero de minúsculas partículas de minério, resultando 
num produto com características adequadas para a utilização nos 
reatores de redução. Os meios empregados para promover a 
aglomeração foram baseados em processamentos térmicos a altas 
temperaturas. Surgiram, assim, os processos de sinterização, no 
final do século dezenove e os de pelotização no inicio do século 
vinte, em 1911, na Suécia. 
 A sinterização encarregou-se de uma parcela dos finos. Mostrou-se 
porem, imprópria a absorção dos ultrafinos, com tamanho abaixo de 
0, 149 mm (100mesh). Para aproveitá-los, foi então idealizada a 
pelotização. Com esses dois processos, todos os finos gerados na 
mineração puderam ser aglomerados em tamanhos adequados a 
utilização nos reatores de redução nas usinas siderúrgicas. 
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 A pelotização e um processo de aglomeração que, através de um 
tratamento térmico, converte a fração ultrafinas em esferas de tamanhos na 
faixa de 8 a 18 mm, possuindo características apropriadas para alimentação 
nas unidades de redução. O seu grande desenvolvimento baseou-se numa 
serie de fatores, dentre os quais podem ser destacados: 
 
• O sucesso alcançado pelos americanos na concentração e pelotização das 
taconitas, minério magnético de baixo teor metálico. 
 
• A melhoria dos índices operacionais dos altos-fornos com o emprego de 
aglomerados, substituindo-se gradativamente os minérios naturais. 
• A participação de novos fornecedores de minério no mercado internacional, 
o que tornou a competição mais acirrada e exigiu melhores índices de 
qualidade da matéria-prima. 
• A possibilidade de controlar mais estreitamente as características 
físicas e metalurgias das cargas dos reatores de redução, alinhando-se 
com a evolução da técnica de operação dos altos-fornos, sobretudo no 
cuidado com a preparação das matérias-primas. 
• As previsões de consumo crescente do aço em todo o mundo criaram 
um novo alento no sentido de adotar-se e aprimorar os processos que 
permitisse as melhores produtividades. 
 Esses fatores, evidentemente, não atuaram de forma isolada, mas 
houve influencia simultânea de vários deles no decorrer das ultimas 
décadas. 
 
 
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Processo de Pelotização 
 Independente da rota tecnológica adotada, o minério de ferro costuma 
ser beneficiado antes de ser utilizados nos auto-fornos e nos fornos de 
redução direta. O beneficiamento visa justamente otimizar o desempenho 
operacional destes equipamentos,sendo realizado pelos processos alternativos 
química ao processo posterior de redução. 
 A pelotizaçao e um processo que costuma ser realizado por empresas 
mineradoras, ao passo que a sinterização e efetuado nas instalações da 
própria usina siderúrgica. Os fluxogramas são representações gráficas de 
pelotizaçao e sinterização, que realizam a aglomeração de finos de minério de 
ferro, aproveitando para adequar a composição que indicam de forma clara o 
caminho percorrido pelas matérias-primas, suas transformações e os produtos 
e subprodutos gerados. A figura abaixo representa de forma esquemática o 
processo de pelotizaçao. 
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 De forma genérica, o processo de pelotizaçao 
apresenta três fases distintas: 
 -Preparação da matéria-prima; 
 -Formação de pelotas cruas; 
 -Processamento térmico. 
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Preparação da matéria prima 
 A preparação da matéria-prima consiste em processar o minério recebido 
das minas (figura 15), de modo a lhe dar características necessárias para se 
fazer a pelota crua. Incluem-se nesta fase as seguintes operações: 
recuperação de matéria-prima do pátio, moagem, espessamento, 
homogeneização, filtragem (Machado). 
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Empilhamento/Recuperação 
 O empilhamento e feito por uma empilhadeira móvel, com 
capacidade de 6.000 t/h, que deposita os diferentes tipos de minério 
em camadas sucessivas nas proporções definidas pelo produto final 
desejado . 
 Objetivo do empilhamento e homogeneização: 
 • Minimizar flutuação das propriedades das diversas matérias-
primas; 
 • Oportunidades de adição de fundentes combustíveis sólidos; 
 • Pilha típica: 45.000 a 50.000t de minério. 
 
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Moagem 
 O processo de formação de pelotas em usinas de 
pelotizaçao, tanto no Pelotamento tanto na queima, exige que as 
partículas de minério possuam granulometria fina. Apesar da 
maioria do minério alimentado as usinas possuir pequenas 
dimensões de partículas, grande parte das mesmas possuem 
dimensões superiores a 0,044mm (325 mesh).de acordo com 
estudos desenvolvidos e comprovações praticas,para uma boa 
formação de pelotas e necessário que pelo menos 90% do material 
a ser pelotizado possua dimensões individuais de partículas igual 
ou inferior a 0,044mm (325 mesh). 
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 Apesar de a faixa granulométrica ser padrão de 
controle, a variável superfície específica o fator 
determinante do sucesso na formação de uma boa 
pelota, pois de forma indireta e a superfície especifica 
que determina a quantidade de micro-finos ideal para o 
alcance dos objetivos. Não basta que o material a ser 
pelotizado possua granulometria menor que 
0,044mm,sendo de suma importância a existência de 
micro-finos.e no processo de moagem do minério que se 
obtém o alcance dos dois parâmetros físicos ideais 
(granulometria e superfície especifica). 
 
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 A moagem é geralmente conduzida em moinhos de bolas , 
tendo como corpos moedores esferas ou “cylpebs” (cones truncados) 
de aço ou ferro fundido. 
 
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Espessamento 
 Tem a função de adequar o percentual de sólidos do overflow da 
ciclonagem no processo de moagem às necessidades da filtragem. 
 O espessamento do minério de ferro e calcário moídos a úmido é feito pelo 
processo de sedimentação. Este fenômeno ocorre em função da diferença 
de densidade dos materiais sólidos componentes da mistura (polpa) em 
relação à densidade da água. 
 
 Há dois tipos de sedimentação: 
 
 a) Sedimentação Descontinua: 
 Este processo é mais usado em laboratório, onde são processadas 
pequenas quantidades de minério. Consiste em encher um recipiente com a 
mistura, deixando-a em repouso até que ocorra a separação dos dois 
elementos. 
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b) Sedimentação continua: 
 
 É o processo dinâmico usado em escala industrial, pois permite a 
sedimentação de grandes quantidades de minério, de forma ininterrupta. 
A etapa de espessamento da polpa no processo de pelotizaçao é necessária 
apenas quando a operação da moagem é feita em circuito fechado a úmido. 
A polpa procedente dos hidrociclones, contendo cerca de 20% de sólidos, é 
transferida para um espessador circular, no qual ocorre seu adensamento 
pelo efeito de decantação. Aumenta-se a razão sólido / líquido na polpa, 
recuperando-se a água para o processo. 
 O materialdo espessador, com uma concentração de sólidos de 
aproximadamente 70%, é bombeado para tanques 
homogeneizadores. O bombeio é feito por uma bomba de 
velocidade variável, com controle automático de rotação, em função 
da densidade pedida no instrumento controlador e informação da 
densidade instantânea, 
 
 medida por densímetro . A água de transbordo do espessador é 
reconduzida aos moinhos através de um sistema composto por um 
tanque de processo e bombas de recalque. 
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BOMBA DE VELOCIDADE VARIÁVEL 
Homogeneização 
 Após o espessamento, a polpa de minério é bombeada para os tanques 
homogeneizadores 
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 Cada tanque homogeneizador possui agitador rotativo no seu interior, que 
mantém os sólidos em suspensão e garante a homogeneização da polpa, 
minimizando as variações das características físicas e químicas do 
material. Os tanques homogeneizadores proporcionam a manutenção de 
um estoque intermediário de minérios, precavendo-se contra eventuais 
paralisações em áreas anteriores. 
 A adição de combustíveis sólidos, sempre que ocorrer, poderá ser feita 
com sucesso via adição de polpa de carvão moído à polpa de minério, no 
tanque homogeneizador. 
 Do tanque homogeneizador a polpa é bombeada para a seção de filtragem, 
através de uma bomba de velocidade variável, que varia de rotação em 
função da quantidade de polpa necessária aos filtros rotativos. Um sistema 
de medição de densidade, por intermédio de um densímetro, comanda uma 
eletroválvula que fornece a água de diluição necessária para que a polpa 
de minério chegue à área de filtragem com a densidade ideal. 
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ADIÇÃO DE CARVÃO 
 A utilização de carvão no processo de pelotizaçao teve início em função de grandes 
elevações ocorridas nos preços do petróleo no mercado internacional, em função de 
diversos motivos, ao longo dos anos. O objetivo inicial era obter uma fonte 
energética alternativa, com menor custo final das pelotas. Vários estágios e 
dificuldades foram vencidos até o quadro atual de adição de polpa de carvão 
(mineral) moído na polpa de minério estocada nos tanques homogeneizadores, com 
sistema automático de dosagem. 
 A utilização do carvão, hoje, não se dá apenas pelo seu custo energético comparado 
ao óleo combustível, e sim, pelo efeito benéfico no processo de queima. Devido ao 
fato de ser um combustível sólido contido no interior das pelotas, o mesmo gera uma 
queima interna com grandes resultados qualitativos, possibilitando assim, uma 
alavancagem significativa na capacidade de produção dos fornos de pelotizaçao. A 
dosagem de carvão se dá de forma automática, em função da quantidade de minério 
recalcada pelas bombas de retirada de polpa sob os espessadores No caso de 
operação da moagem em circuito aberto, a referência de peso de minério para a 
dosagem de carvão é das balanças instaladas nas correias de alimentação dos 
moinhos. 
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 Nas plantas que utilizam circuito de moagem a úmido, é necessário um 
estágio de filtragem, para preparação do material a ser alimentado ao 
Pelotamento. A polpa de minério deve ter seu teor de água reduzido de 
aproximadamente 30 % para algo em torno de 8 a 9 %, que é a faixa de 
umidade considerada adequada para a etapa posterior (formação das 
pelotas cruas). A filtragem é normalmente realizada em filtros rotativos a 
vácuo (figura 28), de disco ou tambor. Os filtros de disco são os mais 
usados, por propiciarem a obtenção de máxima capacidade no menor 
espaço físico. Cada filtro comporta até 12 discos, com diâmetro de 2 a 3 
metros e uma área de sucção de no máximo 100 m². No caso de polpa de 
minério de ferro, os filtros de discos a vácuo têm capacidades variando de 
0,4 a 1,5 t / h / m² de área filtrante. 
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 A composição mineralógica de alguns tipos de minério impede 
a filtragem eficiente das polpas, exigindo uma secagem adicional 
em secadores de tambor. Este procedimento tem conseqüências 
bastante prejudiciais para a qualidade das pelotas, pois a descarga 
do secador consiste basicamente de micropelotas de diâmetros 
entre 0,5 a 3 mm, a partir das quais é praticamente impossível 
produzir pelotas cruas de boa qualidade. Este problema pode ser 
minimizado através do aquecimento da polpa retida nos 
 setores dos discos a uma temperatura mais elevada, utilizando-se 
vapor d'água em substituição ao ar. 
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FILTROS ROTATIVOS À VÁCUO 
 Ao material proveniente da filtragem, denominado polpa retida, 
adiciona-se aglomerante através de uma balança dosadora de 
precisão. Os aglomerantes mais utilizados são a Bentonita 
(dosagem de 0,5 a 1,0 %), Cal Hidratada (dosagem de 2 a 3 %) e 
Aglomerantes Sintéticos Poliméricos (dosagem de 0,05 a 0,10 %). A 
homogeneização da mistura polpa retida / aglomerante é feita em 
misturadores cilíndricos rotativos. Em seguida, o material é 
transferido via correias transportadoras para os silos dos discos de 
Pelotamento. Conclui-se, desta forma, a etapa de preparação das 
matérias primas. 
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PELOTAMENTO 
 A formação das pelotas cruas, também conhecida como Pelotamento, é 
uma das etapas mais importantes do processo de pelotizaçao, sendo 
influenciada por diversos fatores, com reflexos diretos sobre a qualidade do 
produto final. Dentre os quesitos decisivos para a formação das pelotas 
cruas e garantia de suas propriedades, destacam-se: teor de umidade da 
mistura, distribuição granulométrica e estrutura cristalina das partículas, 
superfície específica, estrutura de poros dos grãos, características 
químicas da mistura, natureza e quantidade de aglomerante utilizado, tipo 
de equipamento e condições operacionais adotadas. Como características 
necessárias às pelotas cruas, destacam-se: teor de umidade, forma, 
tamanho médio, distribuição granulométrica, resistência a compressão, 
resistência a quedas e composição química. 
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 fenômeno de formação de pelotas cruas envolve uma fase sólida (mistura 
de finos de minérios, aditivos e aglomerantes) e uma fase líquida, a água. 
As forças que se estabelecem nas interfaces sólido / líquido têm um efeito 
coesivo sobre o sistema partículas sólidas-líquido-ar. Estas forças 
interfaciais consistem da tensão superficial do líquido e das forças capilares 
atuantes sobre as superfícies côncavas das pontes líquidas formadas entre 
as partículas de minério 
 A importância dos efeitos de capilaridade no mecanismo de formação das 
pelotas cruas foi amplamente estudada por ILMONI e TIGERSCHIOLD. 
Conforme esquematizado na figura 32, a água preenche os vazios 
intersticiais, formando um sistema capilar com múltiplas ramificações. Nas 
situações em que as extremidades dos capilares atingem a superfície 
externa da pelota (constituindo poros externos), a sucção capilar 
desenvolvida na interface ar/água provoca uma reação de igual intensidade 
sobre os grãos, mantendo as partículas unidas. Nestas condições, as 
pelotas cruas adquirem resistência a tensões mecânicas. 
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 A água é o principal agente na formação das 
pelotas cruas e sua participação neste 
mecanismo pode ser ilustrada na seqüência de 
etapas apresentada na figura 
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CAPILARIDADE 
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MECANISMO DE FORMAÇÃO DE PELOTAS 
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 A - As partículas individuais de minério são recobertas por uma película de 
água; 
 B - Devido à tensão superficial da água, são formadas pontes líquidas entre as 
partículas; 
 C - Os movimentos sucessivos de rolamento no interior do equipamento de 
Pelotamento e a combinação de gotículas d'água, contendo uma ou mais 
partículas minerais, levam à formação dos primeiros aglomerados; 
 D - O número de pontes líquidas que unem as partículas aumenta e os 
aglomerados são adensados, com crescente preenchimento dos poros com 
água; 
 E - Nesta etapa, as forças capilares das pontes líquidas têm grande importância 
na formação das pelotas. O ponto ideal desta fase é atingido quando todos os 
poros internos estãopreenchidos com água, porém, o aglomerado não está 
recoberto externamente por uma película uniforme de água; 
 F - O estágio ideal é superado quando a pelota crua é totalmente recoberta por 
uma película de água. Nesta situação, o efeito das forças capilares é reduzido 
sensivelmente, permanecendo ativa apenas a tensão superficial da água. 
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 Além dos efeitos citados, os movimentos de rolamento das partículas no 
equipamento de Pelotamento e os movimentos relativos entre partículas 
são importantes no mecanismo de aglomeração (figura 34). Eles favorecem 
a adesão entre partículas através do aparecimento de diversos pontos de 
contato entre grãos e de superfícies, nas quais o maior número possível de 
capilares deve ser formado. 
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EQUIPAMENTOS USADOS NA FORMAÇÃO DE PELOTAS CRUAS 
 DISCO DE PELOTAMENTO 
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 Os discos de Pelotamento são atualmente os equipamentos mais utilizados 
para a produção de pelotas cruas. São dotados de dispositivos que 
permitem a regulagem da velocidade de rotação (4,0 a 7,5 RPM) e o 
ângulo de inclinação (44 a 53º). O diâmetro está na faixa de 5.000 a 7.500 
mm. Raspadores com alinhamento adequado controlam a espessura da 
camada de minério úmido formada no fundo do disco (30 a 100 mm), de 
forma a garantir boas condições para o rolamento do material. É formada 
também uma camada lateral no interior do disco com espessura 
aproximada de 25 mm, com o objetivo de evitar desgastes por abrasão e 
facilitar o escoamento do material. A capacidade de produção dos discos 
varia de aproximadamente 90 a 170 t/h, dependendo da concepção do 
projeto. 
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QUEIMA 
 A área de queima e praticamente a etapa final do processo de pelotizaçao, 
em se tratando de definição de qualidade de pelota queimada. As 
características adquiridas pelas pelotas no processo de queima são 
irreversíveis, ou seja: não e possível requeimar uma pelota, no intuito de 
melhorar suas propriedades físicas, químicas e metalúrgicas. Também e 
relevante o fato de que os processos, envolvendo tratamento térmico com 
temperaturas elevadas, exigem atenção especial, para que não sejam 
expostos a riscos a qualidade do produto, integridade dos equipamentos, 
bem como a segurança pessoal das pessoas que operam o sistema. 
Somente para uso interno 37 
 Há três opções de sistemas de tratamento térmico para a pelotização em escala 
industrial : 
 Forno de gralha móvel; 
 Grelha móvel forno rotativo 
 Forno de cuba 
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 Genericamente, o tratamento térmico a que são submetidas as pelotas pode 
ser divididos nas seguintes etapas (proxima figura): 
 Secagem: As pelotas com umidade em torno de 9 % e temperatura próxima da 
ambiente, são expostas bruscamente a ação de gases quentes, a uma 
temperatura de 320 a 400 C°. nesta etapa, as pelotas devem perder seu 
conteúdo de água, preservando, entretanto sua integridade física, resistindo a 
tensões internas que surgem em função da evaporação da água contida nos 
poros, e as pressões dinâmica e estática dos gases quentes. 
 Pre-queima: As pelotas secas são pré-aquecidas a uma temperatura 
aproximada de 900 C°, de forma a garantir o Maximo de tempo de exposição 
das pelotas a temperatura de queima, na etapa subseqüente. Nesta etapa o 
grande risco de choque térmico, devido à brusca e acelerada elevação da 
temperatura. A resistência mecânica das pelotas deve ser suficiente para 
suportar este impacto sem a ocorrência de choque térmico, que leva a fissuras, 
trincas e a própria desintegração das pelotas, gerando grande quantidade de 
finos, com conseqüente perturbação da produção, perda de rendimento e maior 
desgaste do equipamento de queima 
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 Secagem ascendente: Nesta zona, as pelotas recebem um fluxo 
ascendente de gases, com temperatura em torno de 400C°. após 
atravessar a camada de pelotas crua, a temperatura dos gases e 
reduzida para a faixa de 108 a 120 C°, em conseqüência da 
absorção de calor camada de pelotas. 
 Secagem descendente: A temperatura dos gases insuflados nessa 
fase e em torno de 400 a 410C°. testes realizados com pelotas 
cruas, nesta fase do processo, mostram que elas podem ser 
submetidas a uma temperatura em torno de 600C°, sem apresentar 
problemas de choque térmico. 
 Pré-queima: Esta zona e destinada a fazer a transição térmica das 
pelotas que estão saindo do processo de secagem, com 
temperatura próxima de 380C°, para a zona de queima, que atinge 
a temperatura em torno de 1330C°. nesta fase as pelotas são 
submetidas a um aumento gradativo de temperatura. 
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 Queima: Nesta etapa as pelotas são submetidas à máxima temperatura do 
ciclo térmico (Figura 39), que atinge valores da ordem de 1300 a 1350 C°, 
dependendo do tipo de minério de ferro e da composição química da pelota 
que estar sendo produzida. Sob estas condições ocorre à consolidação 
final do produto, com o estabelecimento de pontes de oxido dedas reações 
envolvendo componentes de ganga acida e básica. As ligações que se 
estabelecem entre os grãos são diretamente influenciada pela temperatura, 
permanencia da carga nesta temperatura e natureza da atmosfera do forno. 
 Pos-queima: esta etapa existe apenas nos sistemas que utiliza fornos de 
gralha reta e tem por objetivo favorecer a homogeneização térmica do leito 
de pelotas. E uma etapa de curta duração na qual, o calor e transferido ao 
longo do leito, melhorando as condições de queima das pelotas das 
camadas inferiores. 
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 Resfriamento: A última etapa do ciclo, o resfriamento, e de grande 
importância, pois influencia no rendimento térmico do forno, que depende 
de capacidade de recuperação do calor absorvido pelas pelotas ao longo 
do processo térmico. A recuperação do calor e feita através do 
aquecimento de ar frio, que em seguida e utilizado nas etapas de secagem, 
pré-queima e queima. 
 
 PENEIRAMENTO 
 
Concluída a etapa de tratamento térmico, as pelotas queimadas são levadas 
por correias transportadoras a uma estação de peneiramento 
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PENEIRA VIBRATÓRIA 
 Nesta, a fração de finos (inferior a 4,5mm) gerada 
durante os processos de Pelotamento e queima e 
separada, de forma a estreitar a faixa de distribuição 
granulométrica das pelotas a garantir o atendimento às 
especificações de granulometria exigidas pelo cliente 
(Figura 41). Esta pequena fração de finos (em torno de 
1,0 a 1,5%) pode ser retornada a moagem, ou então, 
agregada a outro tipo de minério, como por exemplo, o 
sínter feed. 
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