Informe de Peletizacion

 

 

PELETIZACION DE MINERALES DE HIERRO

LAURA GABRIELA MEJÍA SOLANO JOSÉ FERNANDO AREVALO ESPINOSA JULIANA VALERIA RAMIREZ MONROY

UNIVERISDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2019

 

 

PELETIZACION DE MINERALES DE HIERRO

LAURA GABRIELA MEJÍA SOLANO JOSÉ FERNANDO AREVALO ESPINOSA JULIANA VALERIA RAMIREZ MONROY

PRESENTADO A: ING. ALEJANDRO MUÑOZ ZAPATA

UNIVERISDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2019

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Tabla de contenido 

INTRODUCCIÓN   ......................................................................................................................................... 4 1.  OBJETIVOS  ......................................................................................................................................... 5 1.1.  OBJETIVO GENERAL: ............................................................................................................... 5 1.2.  OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  .................................................................................................... 5 2.  EQUIPOS Y MATERIALES.  .............................................................................................................. 6 3.  MARCO TEORICO .............................................................................................................................. 7 4.  DISEÑO EXPERIMENTAL  ...............................................................................................................10 4.1.  Procedimiento experimental:  ...................................................................................................10 5.  RESULTADOS Y ANÁLISIS  ............................................................................................................13 5.1.  Calculo de aglomerantes y humedad para mineral de hierro hematita:  ...........................13 5.2.  Calculo de aglomerante y humedad para el mineral de hierro siderita .............................13 5.3.   Angulo de inclinación del pelet peletizador izador y vvelocidad elocidad de giro ...................................................13 5.4.  Características físicas y dimensionales de los pellets .........................................................14 5.5.  Balance de masa mineral de hierro hematita:   ......................................................................14 5.6.  Balance de masa mineral de hierro siderita:  .........................................................................15 6.  PREGUNTAS  .....................................................................................................................................17 7.  CONCLUSIONES   ..............................................................................................................................23 8.  BIBLIOGRAFIA   ..................................................................................................................................24

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INTRODUCCIÓN La peletización se define como un proceso de aglomeración de material en el cual un mineral finamente molido se agrupa en pequeñas bolas de forma esférica denominadas “pellets”, las cuales poseen ciertas propiedades mecánicas, físicas y químicas para su uso en los posteriores procesos de reducción. Para la fabricación de los pellets se hace uso de ciertos aditivos como lo son aglomerantes y agua que favorecen la compactación de estos, el proceso de de formación de los pellets se realiza por la acción de rotación del mineral en una máquina peletizadora. El Proceso de la Peletización comienza de manera exitosa en 1940 con una planta piloto que recuperaba concentrados de óxido de hierro fino; este proceso tomó auge a partir de 1975. En el siguiente informe se presenta el proceso de fabricación de pellets de dos distintos tipos de minerales de hierro, haciendo uso de aglomerantes como bentonita, agua y melaza en proporciones calculadas, para la fabricación de estos se utilizó un disco peletizador.

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1. OBJETIVOS 1.1.

OBJETIVO GENERAL:

Obtener pellets a partir de diferentes minerales de hierro utilizando la maquina peletizadora y la adición de aglomerantes. 1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 

Comparar los distintos pellets obtenidos a partir de los tipos de minerales de hierro utilizados.   Analizar el color, la forma, textura, y dureza de los pellets obtenidos.   Realizar balance de masa de los pellets ffabricados. abricados.   Conocer el correcto funcionamiento de la máquina peltizadora, analizando los ángulos de ésta.

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2. EQUIPOS Y MATERIALES.   Peletizadora.    Balanza

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 

            

     

Trituradora Malla numero 80 (0,17 mm) Minerales de hierro (hematita y siderita) Bentonita Melaza Agua Atomizador

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3. MARCO TEORICO PELETIZACION La Peletización es un proceso que consiste en la aglomeración del mineral finamente molido o un concentrado por la adición de aglomerantes como el caso de la bentonita y determinada cantidad de agua para darle forma de partículas esféricas (Pellas verdes) las cuales son endurecidas por cocción en hornos rotatorios. La Peletización tiene gran aplicación en el caso de materiales en forma de partículas muy finas. Es frecuente exigir que la granulometría de la materia prima sea inferiores a 0.200mm y que el 70% sea inferior a 0.075mm, ya que con partículas de mayores tamaños, se obtiene pellas defectuosas. Como se indicó, la Peletización se s e caracteriza porque el m mineral ineral fino se aglomera en forma de bolitas bolitas crudas con un (“en ciertoverdes”) grado de luego, en otra segunda operación, esas se humedad, endurecenypor cocción en hornos apropiados. Estas esferas que se obtienen en el proceso de peletización se conocen como PELLETS, y se podría decir que son partículas producidas por aglomerados finos de mineral de hierro concentrado, con características químicas y físicas bien definidas, que después de la cocción se le denomina pella. COMPOSICIÓN DE LOS PELLETS. Las pellas están formadas por mineral de hierro más una ganga el cual está compuesto por minerales tales como: Hierro, oxido de sílice, oxido de aluminio (Al2O3) (alúmina), oxido de calcio (CaO) (cal), oxido de magnesio (MgO) (magnesia), fósforo, azufre y magnesio, todos en diferentes proporciones, siendo el de mayor predominio el Fe. El Hierro se encuentra en mayor proporción ya que este representa la parte valiosa del producto. Los demás minerales representan el porcentaje restante, el cual debe guardar cierta proporción para que no se vean afectadas ningunas propiedades como la basicidad. En cuanto al fósforo y el azufre existen en dosis adecuadas ya que de lo contrario perjudicarían las propiedades de las pellas y debilitaría la estructura del hierro. Se debe tener en cuenta que su desaparición no es posible ya que estos es tos le proporcionan cualidades especiales a las pellas para su utilización en el proceso de reducción directa.

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TIPOS DE PELLETS:

El tipo de pellas depende de las especificaciones químicas de las mismas. Para la preparación de estos tipos de pella se requiere la utilización de distintos materiales, cargados en distintas cantidades, lo cual permite darle las características químicas, físicas, granulométricas y metalúrgicas requeridas.

MATERIA PRIMA EN LA PRODUCCIÓN DE PELLA: Para la elaboración de pellas la materia prima a utilizar u tilizar son:- Los minerales de hierro, los cuales determinan la matriz de la pella.- Los aglomerantes y aditivos que proporcionan propiedades y características requeridas por las mimas.

 ADITIVO Y AGLOMERANTES:  Aditivos: Son sustancias que agregadas al mineral fino de hierro modifican lla a ccomposición omposición química de las pellas, y proporcionan buenas propiedades mecánicas que repercutirán en el comportamiento de las pellas en el proceso de endurecimiento. Para la selección de los aditivos se debe tener en cuenta que no bajen ba jen la resistencia mecánica de las pellas verdes. Desde el punto de vista químico los elementos componentes y las relaciones entre algunos de ellos debes permanecer bajo control para no modificar la calidad de las pellas. Los objetivos de estos compuestos son:        

   

Promover y facilitar el tamaño de g grano rano del mineral. Aumentar la resistencia a la comprensión de las pellas verdes. Mejorar las propiedades de las pellas pellas cr crudas.udas.- preparar pellas autos fundentes. Aumentar la temperatura de d desintegración. esintegración. Aglomerantes: Son sustancias orgánicas e inorgánicas formadas por areniscas, a reniscas, pizarra o arcilla, que al ser mezcladas con sólidos en forma de polvo o granular forman aglomerados en forma de briquetas, pellas y tabletas. El aglomerante necesario depende de las características del producto requerido. Se debe establecer las especificaciones del aglomerado, ya que la resistencia, los costos de aglomeración y la necesidad de ser resistentes al agua, dependen de la selección de aglomerantes utilizados en la producción en la producción de pellas, aunque pueden no ser efectivos para briquetas o viceversa.

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Los aditivos y aglomerantes usados en la fabricación de las pellas son:

  La Bentonita: Es unode de las los pellas aditivos más eusados en la la peletización, esta mejora la resistencia verdes incrementa viscosidad ya y laque tensión superficial del agua ayudando a la compactación de las pellas verdes.   La cal hidratada: Incrementa la basicidad.





Dolomita, Sílice, Carbón y Calizas (polvillo): Ajustan los contenidos de CaO y MgO específicos; estos aditivos son de menor calidad que la bentonita. La planta de pellas de Ferrominera fue inaugurada el 22 de Octubre de 1994, con una capacidad instalada de producción de 3.300.000 Ton/año de pellas oxidadas a partir del mineral fino de hierro proveniente de las instalaciones de procesamiento de mineral de hierro (P.M.H) ubicadas en Puerto Ordaz o directo de las minas existentes en Ciudad Piar. En el siguiente diagrama se representa el proceso de peletización de mineral de hierro

Figura 1: Proceso de peletización de mineral de hierro, tomado de http://www.infoacero.cl/procesos/peletiza.htm

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4. DISEÑO EXPERIMENTAL 4.1. Procedimiento experimental: 1. Muestrear dos minerales de hierro ( hemati hematita ta y siderita calcinada) 2. Preparación mecánica:   Limpiar la trituradora de mandíbula de residuos anteriores   Pasar 5 kg de mineral de hierro hematita   Tamizar el mineral triturado por una malla numero 100 (0,149 mm) y tomar un kg de mineral pasante   Agregar 40 gramos de bentonita   Mezclar el mineral y la bentonita   Tomar el 10% de melaza y diluirla en agua   Prender el disco peletizador y agregar mineral por la tolva dispuesta en el disco y al mismo tiempo ir agregando melaza sobre el mineral. (ver imagen 1)   Después de que se formen los pellets se recogen y se llevan a secado a 110°C por 6 horas. (ver imagen 2)   Se pesan los pellets secos.   Limpiar la trituradora, los tamices y el disco peletizador del proceso anterior y realizar los mismo pasos para el mineral de hierro siderita   Tomar los pellets de siderita y llevarlos a secado a 110°C por 6 horas.   Realizar medición de los pellets obtenidos   Analizar la textura, la dureza y el color de los pellets obtenidos de cada uno 

























de los minerales utilizados

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Figura 1: Disco peletizador. Angulo de inclinación 45° y atomización de melaza al mineral

Figura 2: Recolección de pellets para llevar a secado.

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Figura 3: Medición del diámetro de los pellets p ellets obtenidos.

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5. RESULTADOS Y ANÁLISIS 5.1.

Calculo de aglomerantes y humedad para mineral de hierro hematita:

Los cálculos de los los aglomerantes son de gran importancia ya que de esto depende la resistencia mecánica de los pellets y ayudan a la compactación de los mismos. Como cada grupo de trabajo obtuvo un kg de mineral de hierro hematita, los cálculos siguientes se hacen en una base de cálculo de 4 kg de mineral Calculo de bentonita para la hematita: se le agregó el 4 % de bentonita     =

4000 ∗ 4 100

= 160    

Calculo de humedad: se tomó un valor del 10 % de humedad para logra una buena peletización. La humedad es de gran importancia ya que ayuda a la aglomeración del material fino de mineral de hierro. Esta humedad se pierde de nuevo en el proceso de secado de los pellets: ℎ ℎ   =

5.2.

4160 ∗ 10 100

= 416   

Calculo de aglomerante y humedad para el mineral de hierro siderita

Para los siguientes cálculos se tomaron como base de cálculo 2 kg de mineral   Calculo de bentonita: se adiciono el 4% de bentonita



    =

2000 ∗ 4

= 80    

100

  Calculo de humedad: sse e le agrego un 10% de humedad para la peletización



ℎ ℎ   =

5.3.

2080 ∗ 10 100

= 208    

Angulo de inclinación del peletizador y velocidad de giro

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La peletización para los dos mineral de hierro se realizó r ealizó teniendo en cuenta el ángulo de inclinación del disco peletizador, para este caso de 45 grados. El ángulo de inclinación es de gran relevancia en el proceso de peletizacion, ya que si el ángulo de inclinación es demasiado grande los pellets serán pequeños y si es demasiado pequeño el ángulo, los pellets serán grandes. También se tuvo en cuenta la velocidad de giro del disco, en este caso se hizo girar a 20 rpm, la velocidad de giro tiene que ver en la rapidez de formación de los pellets en el disco. 5.4.

Características físicas y dimensionales de los pellets

En la siguiente tabla se presentan las propiedades físicas y dimensionales de los pellets obtenidos, tanto de la hematita como de la siderita. Mineral

Color

Textura

forma

Dureza

Hematita

Vino tinto

Lisa

Ovalado irregulares

No se fractura

Siderita

Café grisáceo

 Áspera

Ovalado uniforme

Se fractura

Diámetro pellet 12 mm 8,2 mm

Tabla 1: Características obtenidas en los pellets El ensayo de dureza se realizó de forma experimental con base en el artículo “Fabricación de nodulizados con aditivos aglomerantes ”, el cual propone un método de medición de dureza cualitativo, que consiste en dejar caer el pellet desde una altura de 12 pulgadas repitiendo este proceso dos veces más, finalmente finalmente se evalúa si el pellet pellet se fracturó o no, se considera que un pellet fabricado correctamente no debe fracturarse durante el ensayo.

5.5.

Balance de masa mineral de hierro hematita:        =    +     +             = 400 4000  + 416 416 + 160 160       = 4576 4576    

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      =      −               = 4576 4576  − 176 176         = 4400 4400  

    =            −              = 4400 400  − 3740 740        = 660 660  

Para el cálculo de humedad se considera tanto la humedad agregada que corresponde al 10%, como la del mineral que corresponde al 5%. Por lo tanto de los 4400 g a secar el 10% corresponde a 440 gramos que es el peso de la humedad agregada, y el 5% corresponde a 220 g que es la humedad contenida en el mineral.

5.6.

Balance de masa mineral de hierro siderita:        =    +     +              = 2000 2000  + 208 208 + 80 80       = 2288 2288    

      =      −                 = 2288 2288  − 488 488        = 1800 1800  

    =            −              = 1800 800  − 1530 530  

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     = 270 270  

Para el cálculo de humedad se considera tanto la humedad agregada que corresponde al 10%, como la del mineral que corresponde al 5%. Por lo tanto de los 1800 g a secar el 10% corresponde a 180 gramos que es el peso de la humedad agregada, y el 5% corresponde a 90 g que es la humedad contenida en el mineral.

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6. PREGUNTAS 1. Describa el aspecto de los pelles obtenidos con los los dos minerales (forma, superficie, color, textura). Las características anteriores se encuentran descritas en la Tabla 1 2. Calcule el grado de metalización alcanzado. No es posible calcular el grado de metalización alcanzado debido a que no se ha realizado el proceso de reducción. 3. Cuáles son los principales procesos de Reducción directa. (indicar y explicar)

Se denomina proceso de reducción directa a todo proceso mediante el cual se obtiene hierro metálico por reducción de minerales de hierro, siempre que las temperaturas involucradas no superen la temperatura de fusión de cualquiera de los componentes. También suele ser llamado de esta forma todo proceso de reducción de los óxidos de hierro distinto del que se realiza rea liza en el alto horno. Debido a que este proceso se hace sin llegar a la temperatura de fusión, el producto mantiene su forma mineral, pero con mayor porosidad, esta condición lo señala como hierro esponja. La reducción a hierro esponja es una vía directa del mineral al acero. El hierro esponja que procede de mineral en trozos o pellets se designa como mineral pre-reducido o metalizado. Entre las características principales del mineral para reducción directa esta la granulometría, esta depende del uso que se le dé en los diferentes tipos de procesos. Los procesos de reducción directa se clasifican según el tipo de reductor utilizado en: 1.Procesos en base a reductor gaseoso 2. Procesos en base a reductor sólido. La clasificación no es rigurosa como tal, debido a que algunos sistemas pueden utilizar ambos combustibles.

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https://metalurgia.usach.cl   Fuente:  https://metalurgia.usach.cl Fuente:

 Acontinuacion presentaremos algunos de estos procesos de reduccion reduc cion directa.

PROCESO DE REDUCCION MIDREX

Fuente: MICROSOFT POWERPOINT - PRESENTACIÓN FIUBA 2008 18

 

 

MIDREX utiliza un flujo continuo de gases reductores que químicamente extraen el oxígeno del óxido de hierro. Los gases reductores, hidrógeno y monóxido de carbono, son producidos en un reformador estequiométrico y luego son s on introducidos en el horno de reducción con un análisis y temperaturas controladas. Fluyendo en contracorriente al óxido de hierro, los gases calientan, reducen, y carburizan el óxido a una composición deseada. La zona superior del horno es conocida como zona de reducción, y es aquí don donde de ocurren las reacciones reaccion es químicas que dan como producto el hierro reducido.

Fuente: https://es.scribd.com/doc/84223313/El-proceso-de-reduccion-directa-MIDREX  El material reducido que sale por debajo del horno de reducción es conocido como H.R.D. (Hierro de reducción directa), y también se le conoce como Hierro Esponja, esta denominación viene dada por la forma que el mismo tiene al salir del horno.

PROCESO H y L lll

Fuente: MICROSOFT POWERPOINT - PRESENTACIÓN FIUBA 2008 19

 

 

El proceso H y L lll es un sistema de reducción directa del hierro patentado por la empresa mexicana HOJALATA Y LÁMINA S.A.  ( Hylsa) en 1957, del cual se obtiene como producto final el hierro esponja.  El proceso consiste en reducir químicamente la cantidad de oxígeno del hierro, lo que con hidrógeno (H)dey monóxido de carbono (CO) a 800°se C.consigue Tanto el mezclándolo hidrógeno, como el monóxido carbono, sustraen el oxígeno del hierro, es decir, se oxidan, y forman H 2O y CO2. Durante el proceso, el óxido de hierro Fe2 O3 se convierte en Fe3 O4, después en FeO y al terminar el proceso en el elemento Fe. El hierro reducido (o hierro esponja) es poroso, carece de impurezas y resulta fácil de manejar en el proceso de fabricación de acero  El mineral de hierro se procesa en el reactor HyL III en forma de gránulos, una masa o una mezcla de ambos. Los sólidos se introducen en el horno de cuba a través de un sistema automatizado de válvulas que permite la presurización y despresurización de tolvas de entrada (bloqueo del sistema de tolva) Esto es necesario debido a la presión de trabajo relativamente alta del horno de cuba. PROCESO SL/RN

Fuente: MICROSOFT POWERPOINT - PRESENTACIÓN FIUBA 2008 El proceso SL/RN usa un horno rotatorio inclinado con reductor sólido (finos de coque o carbón) se carga conjuntamente con el mineral en trozos de pellets y caliza. En la boca de la salida tiene un quemador de gas, petróleo o carbón. La 20

 

 

temperatura más alta fluctúa entre 1000 y 1100º C. La descarga se efectúa en un cilindro rotativo refrigerado por agua para enfriar el producto que sale entonces a menos de 200ºC con lo que se evita la reoxidación. Este tipo de horno rotatorio frecuentemente también se llama horno KILN.  

PROCESO FIOR

Fuente: Microsoft Word - 10.0 Reducción Directa de Minerales de Fierro como Alterna   Proceso de reducción de finos de mineral de hierro en lecho fluidizado, para producir briquetas moldeadas en caliente. El proceso FIOR se basa en la reducción de mineral de hierro a hierro metálico a altas temperatura y presión, utilizando gases reductores. El 21

 

 

gas reductor utilizado, tiene un alto contenido de hidrógeno. La parte más importante del proceso es el circuito del reactor.

Estos son algunos datos típicos de procesos de reducción directa.

Fuente:  https://es.scribd.com/doc/233289370/Reduccion-Directa   Fuente:

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7. CONCLUSIONES   Se o obtuvieron btuvieron pellets de dos minerales de hierro; hemati hematita ta y siderita. Dependiendo del mineral utilizado se obtienen características diferentes tanto físicas como dimensionales de los pellets, como se observa en la tabla número 1.



  La dureza de los pellets de hematita fue mayor que la presentada por los pellets de siderita según el ensayo efectuado en estos.   Es de gran importancia conocer las vvariables ariables que iinfluyen nfluyen en los procesos de peletizacion, como lo son el ángulo de inclinación del disco peletizador y la velocidad de rotación del mismo. Si se tienen ángulos de inclinación demasiado grandes se van a obtener obtener pellets pequeños, por el contrario los ángulos pequeños producen pellets grandes. Según estudios realizados sobre esta variable es recomendable utilizar un ángulo entre 45 y 70 grados de inclinación.   El porcentaje de humedad en el proceso de peletización es de gran importancia, ya que un alto porcentaje de humedad ayuda a una aglomeración más rápida del mineral y la bentonita, pero a la hora de realizar el secado aumenta la porosidad de los pellets y por lo tanto disminuye su resistencia mecánica. Según la literatura se recomienda un porcentaje de humedad entre un 8 y 10 %.   El color de los pellets depende básicamente del mineral utilizado para la fabricación de los mismos.

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



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8. BIBLIOGRAFIA

 

FERREIRA RODRIGUEZ, E. Fabricación de nodulizados con aditivos aglomerantes. (En línea). (29 de mayo de 2019). Disponible en: https://eprints.ucm.es/2049/1/T17581.pdf

 

HUAMANI, Diego. Hornos de reducción directa. (en línea) (30 de mayo de2019) Disponible en: https://es.scribd.com/doc/233289370/Reduccion-Directa en: https://es.scribd.com/doc/233289370/Reduccion-Directa

 

Departamento de Ingeniería Metalúrgica  –  Universidad de Santiago de Chile. CAPÍTULO 9: REDUCCIÓN DIRECTA DE MINERALES DE HIERRO COMO  ALTERNATIVA AL PROCESO EN E EL L ALTO HORNO. (en línea) (30 de mayo de 2019). Pp: 93-98 Disponible en: https://metalurgia.usach.cl/sites/metalurgica/files/paginas/capitulo09.pdf

 

Instituto Tecnológico de sonora, unidad Guaymas. Proceso de reducción directa. (en línea) (30 de mayo de 2019) Disponible en: https://es.slideshare.net/tango67/proceso-siderrgico-y-clasificacin-de-hornos

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