Facultad de Ingeniería

ISSN: 0121-1129

revista.ingenieria@uptc.edu.co

Universidad Pedagógica y Tecnológica

de Colombia

Colombia

Forero Pinilla, Alvaro H.; Diaz Bello, Sandra Consuelo

Peletización de finos de magnetita para procesos de reducción directa en horno rotatorio

Facultad de Ingeniería, vol. 15, núm. 21, 2006, pp. 55-59

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Tunja, Colombia

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=413940754006

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ISSN 0121-1129

Peletización de finos de magnetita para procesos de reducción directa enhorno rotatorio

Magnetite fine ore grains turned into pellets to direet reduetion proeessin rotary furnaees

Alvaro H. Forero Pinilla'Sandra Consuelo Diaz Belld

Resumen

Las muestras tomadas del yacimiento de mineral dehierro del municipio de Payandé (Tolima) fucroncaracterizadas y llevadas il un proceso deconccntrJción dcl 52,21 %. El minerdl se aglomeróobteniéndose pelets entre 10 Y 12 mm de tamaño.Estos fueron hemalizados. debido a que lamagnelita, por ser poco pcnneable il procesos dereducción, necesita de dicha transformación. Luegose sometieron a un proceso de reducción directa enel Horno Linder. obteniendo prerreducido de hierro.El producto de la reducción fue analizado química yrnicrose6picarnentc, y sc delenninó que tiene ungrado de llletalización promedio del 83.845%, locual indica que es aceptable, teniendo en cuenta lascondiciones iniciales del mineral.

Palabras clave: Magnetita, Pclels, Reduccióndirecta. Endurecimiento térmico.

Abstraet

Sume samples l<lken frolll iron ore dcposit inmagnelilc form in rural arca ofthe Municipalily ofPayandé he<.l \Verc chardcterized. and taken inlo aconccntralion process obtaining 52.21 %. The oremineml was agglomenltcd to oblain pelels bctwccn10 and 12 mm ofsize. These balls were hematizeddile ro th:lt Ihe magnetite needs this typc ofImnsfonnation since its has a roor pcnneability toIhe rcduclion proces.ses. Later they undcrwenl aprocess of direcl reducüon in lhe Linder fumaceoblaining iron pre~reduced.

The product of (he reduction was analyzedchcmicitlly and microscupic(llly, by whieh \Vasdelermined that has a bonding <.Iegrec avcrage ofthe83,R45%, which is acccplable considcring themineral inilial condilions.

Key words: Magnclile. Pelcls. Oireet Reduclion.Thennalllardening.

Ing. Esp. Docente Facuhad de Ingeniería. Escuela de M..:talurgia. Din.'t:!or finlpo dc Investigación en Siderurgia. Uph':.alhcr3l@holmail.comIng. Metalúrgica.Joven Investigadora del Gmpo de In\'estigaciún en Síderurgia. Escuela de MClalurgi:l. s:lncodibe@yahoo.es

Aellist:o Focul!:od de Ingenisrio. UPle. 15(2t). 200ó. p.p. S5·59 '"j . CEO«

1.lntroducci(;n

EI1 las tres últimas decadas, la industria del <:Icero hadedi¡';¡ldú considerable atención al desarrollo denuevas tecnologias panl reducir elminer<ll de hierroa hierro metálico. Con el fin de aumentar laeficiencia del proceso de fabricación del accro yteniendo en cuenta la escasez y allo costo de laehalarra. se ha visto la necesidad de ilwcsligar sobrcnuevas alternativas que puedan reemplazarla. por lomenos parcialmente. en estos procesos. Lasustitución parcial de la chatarr:l pur prerrcdueidospam la pr<K!ueción de acero en las siderúrgicas delpaís plantea como alternativa la ulili7.ación deminerul de magnelita. ubicado cn la región dePayandé, en el dcpartamcntodel Tolima.Con la ejecución de este proyecto se pn:tendedesarrollar procedimientos 'lile permitancaraclerizar los pC!els labricalios con tinos demagnetita frente al proceso de reducción directa. alanalizar los prerreducidos obtenidos por ll1~lodos

quimieos y microscópicos.

2. Marco tcúrico 11)

PelelilnciÓn. El proceso de pcklización tieneespecial importancia par..a minerales de hierro. yaque los pclets constituyen una materia prima deexcelentes propiedades para los hornos dcreducción. En el caso de la pclelizaciún dc finos deminernl de hicrro. se peletizan mineralesconcentrados o minerales de alta ley sin concentrar,finamentc molidos. El proceso de rod'll.lura da comoresultado la fonnación de los denominados pcletsverdes. que a continuación son sometidos :1 unproceso térmico de endurecimiento(piroconsolidación). a fin de otorgarles laresistencia mccán ica necesaria para su ut ili¿aciÓn.

Pe!cts de concentrados de magnetita. Durante elealenlamienl() en almósferu oxidante liene lugar lasiguiellte reacción cxotérnliea:2Fe304 + ~ 02 3 re203 ó-11298-- 52000 cal (1)

Como consecuencia del calor liberado por cslareacción, la temperatura en el núclco dc los peJcts esmayor que en su superficie y que la temperaturamedia del horno. Con estc aumenlo de tempcmlura.aumenla la dureza dc los pelets. Según sea latemperatura de calentamiento y el poleneial

fleWsla FocuIlod de lng8nieria, UPTC, 15(21). 2006

oxidanle de la atmósfera se distinguen los siguienteseasos:a. A ICmpcratura de 200-300 "c cn atmósfera

oxidantc: unión por medio dc puentes formadospor cristales nuevos de helllatila cnlos puntos decontacto entre partículas parcialmente oxidadas.

b. A temperaturas entre 1100 -1250 oC en almósfemoxidnnte: unión mas fuerte entre particulas10talmell1e ox idadas dcbido a la recristal izacióncompleta ycrecimientode grano de la hematita.

e. A temperaturas de aproximadamente 900 oC enalmósfera neutra o con muy bajo potencial deoxigeno: unión de particulas de magnetiw que nollegaron a oxidarse. Sobre la superficie de laspartículas comienza la recristalización de lamagnclita con crecimiento de grano.

d. A temperaturas de 1100- llOO"C en atmósferacon IllUY bajo potencial de oxígeno: en presenciatic suliciente canlidad de ganga se forma unaescoria. por ejemplo silicatos (como en el caso delos pclcts ácidos). la cual se extiende sobre lasuperficie de las partículas pudiendo impedir elprogreso de la oxidación. En este caso, dul1tnle elcnfriamicnto de los pelcts tiene lugar la unión delas partículas por adherencia. a través de laescoria. Esle tipo de unión, sin cmbargo. es demenor resislencia que las uniones porrecristal ilación.

Se defint: como reducción directa (RO) el procesopor el cLlal se produce hierro metúlico por medio dela reducción dellllineral de hierro, por debajo de latemperatura de fusión de cualquiera de losmateriales involuemdos.121

El producto de la reducción directa recibe el nombrede hicrro direcl:lmenlC reducido (HDR), conocidocomo hierro esponja (HE), que se detine comohierro en forma porosa () que contiene muchosespacios gasem:os: específicamente es hierro crudo.oblcnido someliendo la mena de óxido a unareducción gascos..l sin fundir. Este hierro esponjapuede refinarse direclamente para producir acero enun horno de manufactura eléctrica o lItililarse enmelalUl'giadepolvos. r3]

Dentro de la reducción directa de pelets de hematitase Ilevan:1 cabocincoelapascineticas importanles:

a. Tr.lllsfercncia de masa del reductor a truvés de lacapa limite c,'(terna de la mueslnl esférica.

<v'::> ' (EDEC

b. Difusión del reduclOr a través de la capa delprcrredueido.

c. Reacción interfacial.d. Difusión del producto gaseoso a lraves de la capa

del producto sólido.c. Transferencia de masa del producto gaseoso a

trJ.vés del limite de la capa.

3. Procedimiento experimental

Las Tlluestras d~ mineral de magnetita fueroncamctcrizadas. determinandosc 42.33% de hicrropresente en ell:15. El mineml fue triturado. molido yplllveriz:ldo hast:l. obtener un tamailOgranulométrico de 100 mallas. Estos finos sebeneficiaron en el concentrador magndico tipotambor con el que cuenta el laboratorio deMct:llurgia de la Uptc. obteniendo 51.11°0 dcmaterial sin ganga. Luego se procedió a reali:t.ar lamczcl:l. par.lla postcrior pclctización. de la siguienteforma:

resistencia Illednica. El cndurecimiento térmico enlos pc1cts verdes de magnetita es muy importante, yaque no solo inl1uye en el aumento de su resistenciamccJniea. sino que los lfilnslorma de magnetitico ahcmatilico. haciendo que la reducción sca mejor:adem:ís. d..:bc tcnerse en cuenta que un pelel demagnetita no se redllce en su totalidad. debido n queesta e:> muy densa y no pennite que el agentereductor s..: Jifullda lo suficicnte. sino que provocaulla contr..u.:dón dd 4_50

' •• UIl pelet de hematitaPUI,.-J..: reducirse tücilmcnte provocando un aumentod..: volulIlen d~ un 25 27" ... 10 cunl demuestra quetiene uml CXl:c!cntc rcdllcibilidad.

El endureónllento Icnnico se hizo en una mulla enalmÓ:-ICr.l oxidante a una lemperalura de 1100 OC.con una dur.ll:iÓn de 5 homs, aproximadamente.De~pués del cndurecimiento térmico, los pelctsfllcronll..:\aclos al procesude reducción directa en elhomo Linda de la Uptc. Este proceso de reduccióntll\O una dllr:lcion de 3 homs. aproximadamente.

1\llllgnlti'l l. rtap:ls dd proceso. dcsd..: clmineral enbrut(lll;lSla Sil prcrrcducciólI. <l. Mineral en bruto. b.Magndila Cllllcelltr'lda. c. Pclcls de magnetita, d.J\:lels elldurcl:idos IcnnicalllenLc, ..:. PrcrredueidoslIbICl1ido~.

Se l:arg;lwn al hilillO SOO gramos de ll10ela(miner:l!. bentonit;l y caliza) y 243 g de carbón conun talllai'io de 5-7 mm. con el fin de Ii.lcilitar elCtlntado de la ~upcrticie del pdCI y el agenteredudol". Sc r":'lIÚaroll IOmarchas. qucdieron comore~llltadn pr..:rreducido. al cual se le rcalizó análisisquimico y IlIicroscúpico. I..:n la siguiellte fótografiase puedcn 'lpn.x:iar las ditcrcntes dapas llevadas aeaho el1 csle pro..:eso desde c!l1llncral de Illagnclitnen hrulo 11:lst:l su currespondiente prerrcducciún.

•

Ángulo dc in.:1 inación: 47"Rcvolu.:iollcs por minuLo: 1~ rplllDiámetro del disco: 60 cmAIIUradeli1p:l1'l.:d: lUCl1lA (imcllt:lción: 200 g/llIinFlujo<.k agll:l: 25 32 mi/mio

Pl,"SOlkI carbÚn = (cl"c xFe¡ mincrJll,! 100 - H,() miJk.TJ!ll Pl'Sl.l milll.'r.ll (11

CF.rC3rOO.I.\Il00 H,ocorlx'ml

Se tomaron 500 gr:1I1105 de mineral. 100 gramos debcntoniln. 30 gmmlls de caliza y 243.47 gramos decarbón. que se determina a partir de la siguientefónnllla:

La pelctización se Ilevú a cabo en el discopeleti:wdor de la LJptc. que tiene las siguientescaracterisl icas:

El agua adicionada fue del 12%. tenicndo en Cllelllala densidad do.: la magnetita, obteniendo así pc!ctsentre 10 Y 12 lnm de tamano. con un pesoaproximado de S gen verde.ParJ. evilar la destrucción en el tranSlxlTte. carga yprocesamiento cn los reactores de reducción, lospelcts \erdes d~ minemt de hierro son sumetidos aun proceso t~nnico de endurecimicnlo. De estamaner.l. e~tos aum~ntan diez veces el valor de su

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El analisis químico realizado ,11 mineral procedcnledc Payandé dio como resull"do una composiciónquímica del 42.J3'Y" de re. El mineral de l11agnelilase concentró al 52.21 %, del cual se obluvo uncontenido de hierro del 5 J, 76%.La sigu;ell1C etapa fue la pelet;z,aeión de los finos dem<lgcntira. obteniéndose un porcentaje dc hierro del43.7%, cantidad que indica una disminución debidoa 1<1 presencia de los dcmás constituyentes del pcler's.

4.Análisis de resultados

En los pclcrs endurecidos rcmlicmnentc. es d<.'Cir.transfornli.ldos a hemar;ta, encontramos en elan{llisis quilllico un poreenlaje de hierro del 30% yde hematita 39,15%, lo que se indica cnla tabla l.

Tahla l. Composición química del pelel endurccidoIt:nnicalllcntc

Compuesto Porcl'ntajt' ('Yo)

Ft"Ú .',.33

SiO~ 28342

AI!()J 0.275

euo 22,45

MgO 1,238

TiO! 0,158

fl'!O.l 39,155

MnO 0,62

Fe tolal 30

1::1 promedio en el grado de metalización para lasdiez muestras fue de 83.845%, lo que indica que lareducción del hierro de mineral de magnetita esaceptable lenicndo en cuenta sus condicionesiniciales.

Gráficodc análisis de resultados

En el siguiente gráfico se observa el grado demetalización de las 10 muestras tratadas y elporcentaje de hierro metálico oblenido en el procesodlo reducción. A partir de este gráfico sc determinaque las diez muestras tuvieron un porcentaje en elgrado de metalización muy similar, al igual que elporcentaje de hierro metálico. de lo cual concluimosque las muestras son buenas para la obtención deprerreducidu.

Figura l. Gráfieo amilisis de resultados. Grado dcmc(aliación - Fe mctalieo.

GRADO DE METAI..IlAClOH.fe METAUCO

El prerreducido de hierro obtenido en el hornoLinder fue analizado químicamente, obteniéndosela composición p<lra las diez muestras traladas y seencuenLra referido en la tabla 2.

,.o

•Dfa llErAllCO

• GRAOO D:MErAI,lZACIl»l

Tahla 2. Composición químieH del prcrreducido ohtenidoen el homo Lilldcrde las 10 mueSlras (miadas

1234561'910

M"D:MlI5TRAS

Aevi5to Focultod de Ingenierio. UPT<. 15(21).2006 l',"j . ceDE<

El ensayo de microscopia se realizó en laUnivcrsidad Nacional de Colombia. se lomaronmicrogralias al prerredueido obtenido.

En la fotogralia 2 se observa un barrido general p,mlel prerreducido de hierro obtenido en el hornoLinder; aquí se observan granos de hierro conalgunas inclusiones de silicatos de aluminio y síliee(puntos negros). No se pueden diferenciar, pero sonlos que generalmente se fonnan en el prcrreducido.estos granos se encuentran en una matriz de resina(quimident), por eso se observan delimitaciones enlos granos de color bl;lneo (electrostática).

Fotografia 2. l)rerTcducido de hicrro

FuefllC: Labor.. lurio dc MI.·f<>scopia Ekt:lrúnica de Fi:lrrid..Uni\"ef"S,d.ld Nacionald"Culombia. Bugutá o.e.

5. Conclusiones

La magnetiLa en trozos es un mineral denso y pocopermeable a procesos de reducción directa, por [otanto. debe ser llevada a un proceso de peletización,sometiéndose a trituración. molienda y pulverizadohasta oblener una granulomctria de 100 mallas.

El mineral sometido a un proceso de concentraciónen un concentrador magnelico tipo tambor dio unaconcentración del 52.21 %; este proceso se realizó a100 mallas. con el fin de obtener una l1layoreanlidadde material sin ganga.La Illt:zcla del pelet fornllldo por hentonita (15.S%).

caliza (4.76%) Ymineml (79.3%) fue delernlinada apanir de trdhajos anteriores. que demostraron que esla mejor para el proceso dc peletización de finos demagenLita.

La tempcratura de 1100 oC, utilizada en una lllUnaen atmósfera oxidante en el proceso deendurecimiento térnlico. fue detenninada teórica ypracticamente como la requerida para latmnsfonnación de magnetita a hcmatita

En el ami lisis de l1uorescencia de rayos X sedetenninó la cantidad de hierro presenle en lallluestra. así como los dcmas elementos. Se logróveri licar qut: la proporción de hierro disminuyó,concluyendo que el pelet magnetitico se transfonnóen hematítico.

En el proceso de reducción directa. las variables delhorno Lindcr fueron establecidas. obteniendo unprerreducido de hierro con un promedio en el gmdode metalización del 83. &45%.

Los resultados obtenidos a partir de los ensayosquímicos, tluorescencia y microscopía permitenconcluir quc el mineral es apropiado para procesosde reducción directa.

Teniendo en cuenta 1;1 ley del mineml de magnetita.y de acuerdo con sus condiciones iniciales. se puedeconcluir que el grado de metalización promedioobtenido es aceptable.

6. Referencias

[1] Arturo R. Janikow. Pirotllctalurgia­Introducción a los procesos pirometalúrgicosExtraclivos. San Salvador de Jujuy: EditorialUNJU. 2000. ISBN 950-721-143-8.

12J Alvaro Forero Pinitla. Reducción directa deminerales dc hierro lTmbajo año sabatieo].Tunja: Universidad Pedagógica yTecnológica dc Colomhi'l. Facultad deIngeniería. Escuela de Metalurgia. 1Y94.

[31 Rcné Barbis y Fernando Aguirre. Lareducción directa de los minerales de hierro ysu ;lplicación en Amcrica Latina. 1974.

Fecha de recepción: 04 de Septiembre de 2006Fecha de aprobación: 22 de Noviembre de 2006

Revisto Focultod de lngenio:.io, UPTe. 15(21).2006 '-'1) • CEDEC