Procesos De Aglomeración

Procesos de Aglomeración Briquetado, Nodulizacion, Sinterizado y Peletizado

Índice

• Introducción. • Procedimientos de aglomeración.

Introducción • Estos procedimientos son aplicados a algunos minerales de hierro. • Permite

obtener partículas con dimensiones y composiciones químicas

convenientes.

• Con el proceso se logra hasta un 55 a 65 % de hierro. • Sus características contribuyen a su reducción en el alto horno.

• Permiten una alta producción.

Continuación • Aplicaciones para algunos casos: •

Para minerales con bajas concentraciones de hierro (25 a 35 %).

•

Minerales que contienen cantidades importantes de azufre en forma de pirita de hierro.

•

Sin el proceso realizado de manera previa, las partículas finas obstruirían el paso de los gases, pueden quedar como residuo, los polvos pueden escapar por el tragante del alto horno.

Procedimientos de aglomeración • Existen cuatro procedimientos principales: •

Briquetado

•

Nodulizado

•

Sinterizado

•

Peletizado

Briquetado • Definición • Desventajas

• Compuestos utilizados en el proceso • Obtención de briquetas

• Diagramas •

Prensa tipo fricción

•

Diagrama del proceso

Definición

• Es el método mas simple de aglomeración de minerales. • Transforma los finos en briquetas por simple prensado.

• No hay transformación química del mineral.

Desventajas

• Proceso de poca productividad. • Se aplica en diversas industrias. • Se necesitan prensas de gran potencia.

Compuestos utilizados para la aglutinación. • Brea • Alquitrán • Arcilla • Cal, etc.

Obtención de briquetas • Briquetas a partir de finos de carbón. • • •

Se realiza una mezcla de finos de carbón, brea o alquitrán. La mezcla es llevada a una prensa a fricción (esta es económica y productiva). Se moldea y se obtiene la briqueta.

Prensa tipo fricción

Obtención de briquetas (continuación) • Obtención de briquetas de chatarra. • • • •

Clasificación de la chatarra de hierro. El material es triturado, y posteriormente quemado. Separación magnética y clasificación.

Se clasifica para:

• •

Carga directa al horno. Formación de briquetas.

Diagrama del proceso Carrocerías

Triturado

Quemado en horno

Separación magnética

Paquetes

Prensado

Horno

Briquetas

Slitters

Cizallado

Punzonado

Horno

Nodulización • Definición • Descripción del proceso • Desventajas • Ventajas • Diagrama

Definición • Proceso empleado para aglomerar. • Se realiza a través de una fusión insipiente.

• Es utilizado principalmente para finos y polvos producidos en siderurgia. • Utilizado también para los polvos y finos que escapan por el tragante de los altos hornos.

Descripción del proceso • Proceso sencillo. • Se utilizan hornos rotatorios cilíndricos de gran tamaño y longitud. • Las fuerzas físicas y químicas actúan sobre el mineral (el giro del cilindro y la combustión).

• Se utilizan altas temperaturas.

Descripción del proceso (continuación) • Se forman esferas de buena porosidad, resistencia y un tamaño adecuado. • Son cargadas directamente al horno.

• El combustible utilizado en el horno es económico. • Usualmente se utiliza gas de alto horno .

Desventajas • Formación

de anillos dentro del horno, esto debido a la adherencia de

partículas.

• Lo anterior dificulta el avance del mineral. • Debido a esto el horno se tiene que detener, y se deben de romper los anillos que se formaron.

• Perdidas económicas debido al tiempo que el horno permanece detenido.

Ventajas

• Simplicidad del proceso. • Uso de partículas de diversos tamaños.

• Buena capacidad. • Uso de combustibles económicos.

Diagrama

Carga del mineral

3m Mechero de calentamiento 60 m Salida de los nódulos

Sinterizado • Definición • Proceso: • •

Descripción del proceso Diagramas

• • •

• •

1 2 3

Etapas del proceso

Reacciones del proceso

Definición • La

sintonización se basa en le principio de la combustión de coque

contenido en unas mezcla bien preparada con mineral de hierro y algunos aglutinantes o compuestos .

Proceso 1/7 • Para realizar el proceso el material (tanto mineral de hierro y coque) deben de estar finamente molidos (menor a 10 mm).

• El

concentrado de mineral de hierro, desmenuzando, se mezcla

minuciosamente con polvo del tragante , menudos de coque y caliza, es

humedecido y posteriormente se obtiene la pulpa que será cargada a la instalación de sintonización.

Proceso 2/7 • Área de sinterizado: •

La pulpa o concentrado es colocada sobre una banda permeable (esta esta en movimiento).

•

Se hace pasar una corriente de aire por succión o presión.

•

La pulpa al cruzar bajo la flama de un quemador (sin dejar de contemplar el aire de succión), el coque de la capa superficial se enciende.

•

La combustión avanza hacia las capas inferiores debido a la succión del aire.

Proceso 3/7

• Datos del proceso: •

La mezcla contiene de 7 a 8 % de coque (combustible).

•

Se alcanzan temperaturas de 1400 a 1500 °C.

•

Debido a esto hay una fusión insipiente en la periferia de los granos

Proceso 4/7 • Datos del proceso (continuación): •

Granulometría optima , es de 3 a 10 mm.

•

A mayor granulometría, menor resistencia del sinter.

•

Para mejorar la resistencia del sinter de grano grueso se trabajan con temperaturas mas altas.

Proceso 5/7 • Datos del proceso (continuación): •

Tiene lugar una reducción parcial.

•

Oxidación de los minerales.

•

Reacción de sulfuros con óxidos y oxígenos del aire.

•

Formación de escoria.

Proceso 6/7 • Materiales empleados: •

Los minerales mas apropiados para la sintonización son los que tienen un intervalo amplio de temperatura de reblandecimiento.

•

Materiales químicamente diferentes (se obtiene unión de granos a baja temperatura sin fase liquida).

•

Materiales químicamente homogéneos (se requiere de altas temperaturas).

Proceso 7/7

• Tipos de sinterización: •

Sinterización en capa o cama (mas usado), (hasta 10,000 ton x día).

•

Sinterización en horno rotatorio ( baja productividad) (altos costos de producción).

•

Sinterización en lecho fluidizante (no es usado) (alto consumo de combustible).

Diagrama 1 Unión de partículas

Diagrama 2

Diagrama 3

Etapas del proceso de sinterizado

• Preparatoria • Etapa de combustión • Etapa de enfriamiento

Preparatoria • Encendido del combustible de la capa superficial.

• Evaporación de la humedad de las capas superiores. • Aumento de humedad en las capas inferiores.

• La temperatura aumenta hasta la temperatura de inflamación del combustible.

Etapa de combustión • Ignición del combustible. • Reducción parcial de los óxidos de hierro.

• Creación de fases liquidas. • Fusión de las partículas de mineral de hierro.

Etapa de enfriamiento

• El combustible se ha quemado. • Hay fusión del mineral. • El sínter es enfriado con aire frio.

Reacciones dentro del proceso 1/3 • La combustión del combustible solido en la capa sinterizada tiene lugar de acuerdo con las reacciones siguientes:

•

C + O2 = CO2

ΔH°=-95,550 Kcal; -400,049 KJ

• 2C + O2 = 2CO

ΔH°= -56,000 Kcal; -234,472 KJ

•

ΔH°= 36,900 Kcal; 154, 500 KJ

C + CO2 = 2CO

• 2CO + O2 = 2CO2

ΔH°= -134800 Kcal; -554,407 KJ

Reacciones dentro del proceso 2/3 • En la reducción de la magnetita durante la sinterización en presencia de SiO2 se forma el silicato de hierro o fayalita:

• 2 FeO * SiO2 = Fe2SiO4 Según la siguiente reacción:

2Fe3O4 + 3SiO2 + 2CO = Fe2SiO4 + 2CO2

• El punto de fusión de la fayalita es de 1209°C y por eso en la zona de combustión se forma una fase liquida que une a los granos no fundidos de la carga

Reacciones dentro del proceso 3/3 • En la sinterización de los minerales de hierro, la mayor parte del azufre se elimina de acuerdo con las reacciones siguientes:

•

3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2

A temperaturas menores:

•

FeS + 10Fe2O3 = 7FeO4 + SO2

Con la adición de caliza a la mezcla de partículas menores a 3mm en 90% de los tamaños en cierta proporción se obtiene el sínter básico.

Peletizado • • • • • •

•

Definición Características del pellet (verde) Exigencias

Fenómenos de la peletización Preparación de pellets crudos Diagramas:

• • •

1 2 3

Endurecimiento de pellets

Definición • Se fundamenta en el vaciado del mineral fino o concentrado, perfectamente humedecido y mezclado, a un granulador que puede ser un tambor giratorio o plato inclinado; en donde las partículas se unen entre si por efecto de fuerzas capilares, mecánicas e intermoleculares, formando agrupamientos

mayores, de forma esférica, estos son los llamados pellets.

Características del pellet (verde) • Las características deben ser las siguientes: • •

100% de las partículas deben de estar a 65 mallas

El 70% de las partículas inferiores a 200 mallas

Tamaño de los pellets:

• •

en E.U. tienen un diámetro de 20 – 22 mm. En Suecia tiene un diámetro de 25 – 38 mm.

Exigencias

• Uniformidad de tamaño • Alta resistencia y dureza • Buena reductibilidad • Alto contenido de hierro

Fenómenos de la peletización • Formación de núcleos de pellets. • Crecimiento de los pellets. • • • • • •

Actúan fuerzas por adhesión Formación de “los puentes de agua”. Hay expulsión de agua del núcleo, así como de aire. Aumento de cohesión entre los granos.

Es posible aumentar la tención superficial del agua con la adición de sales solubles. La mojabilidad de las materias primas es posible aumentarla con la adición de sustancias que tengan propiedades colides.

Preparación de pellets crudos 1/3 • Para que la peletización sea correcta, es necesario regular con precisión la humedad (10% aproximadamente) y añadir al mineral bentonita (5% aproximadamente) para favorecer la aglomeración en forma de bolitas.

• La bentonita es un aglomerante muy usado

en la industria, pues tiene la

propiedad de expandirse fácilmente en un medio húmedo, ocupando todos los intersticios existentes en el material.

Preparación de pellets crudos 2/3 • Mezclando el mineral a aglomerar con la bentonita en (por ej.) un tambor rotativo funcionando a una temperatura relativamente baja (500° C), por un efecto de la temperatura y la rotación se produce la aglomeración de la masa del material pulverulento por simple pegado. A la salida se obtiene un tamaño cuyo diámetro oscila entre 5 y 20 mm dependiendo del número de revoluciones y de la velocidad de pasaje del material.

Preparación de pellets crudos 3/3 • Instalaciones para Peletizado: a) Tambores de peletización: se utilizan tambores cilíndricos de 3 m de diámetro y 8 m de longitud, que tienen una inclinación de 8° y una velocidad de rotación de 10 vueltas por minuto.

A la salida de los tambores debe realizarse un cribado pues los finos obtenidos sufren un reciclado. b) Platillos: se utilizan platillos inclinados de unos 7 m de diámetro que giran alrededor de su eje (Figura Nº 10).

c) Conos: cuando se utilizan platillos o conos se obtienen unos pellets de tamaño muy regular y generalmente se evita el cribado. El tamaño y calidad de los pellets son ajustados mediante la variación del ángulo de inclinación y el número de revoluciones.

Diagramas 1/3

Diagramas 2/3 3

1

2

Diagramas 3/3

Endurecimiento de los pellets • Para

que los pellets puedan ser capaces de soportar el transporte y la

presión que sufren en el alto horno son sometidos a un proceso de cocción.

• Existen dos procesos de endurecimiento de los pellets. a) Endurecimiento mediante tratamiento térmico, el cuál provoca la unión de los granos. b) Endurecimiento en frío (o a baja temperatura) por unión química mediante la incorporación de algún aglomerante.

Endurecimiento por tratamiento térmico

• Existen cuatro procesos de tratamiento térmico, utilizados a nivel industrial: • • HORNO DE CUBA • • PARRILLA RECTA • • PARRILLA CIRCULAR • • GRATE KILN

Horno de cuba 1/2 • Es un horno alto de forma rectangular con revestimiento refractario, equipado con cámaras de combustión externas.

Horno de cuba 2/2 •

•

En la parte inferior, las cámaras de enfriamiento recuperan el calor y enfrían los pellets. Los pellets verdes (p) son cargados en forma continua por la parte superior, y en su descenso entran en contacto con la corriente ascendente de gases (s), pasando así por las zonas descriptas. La principal ventaja de este sistema es el bajo costo de inversión y de operación.

Las principales desventajas son:

• • • •

•

• Sólo es eficiente con magnetita. • Debe trabajar con combustibles líquidos o gaseosos.

• No tiene flexibilidad para controlar la temperatura y velocidad de los gases en las zonas de secado y precalentamiento. • Los hornos de cuba se adaptan bien para pequeñas producciones (500.000 toneladas anuales).

• Los hornos más grandes tienen una superficie de aproximadamente 15 m2.

Parrilla recta 1/2 •

• •

Se trata de una parrilla continua que se desplaza sobre varias cajas de viento (CV). Los pellets (P) son depositados sobre una parrilla, formando un lecho fijo, cuyo espesor puede variar entre 30 y 50 cm. De esta forma el material no sufre pérdidas por abrasión o degradación importantes. El calor es aportado por gases calientes provenientes de quemadores ubicados en campanas, encima de la parrilla (Q). El secado se realiza por lo general en dos etapas. La primera con corriente ascendente de gases para evitar el hundimiento de la carga (UDD), y la segunda con corriente descendente (DDD). Los gases calientes son reciclados desde las zonas de cocción y enfriamiento. En el precalentamiento hay un aumento progresivo de la temperatura, pasando los pellets por sucesivos compartimientos provistos de quemadores y sometidos a la corriente descendente de los gases calientes. En la zona de cocción la corriente de gas es también descendente. En la zona de enfriamiento los pellets entregan su calor sensible a una corriente ascendente de aire.

Parrilla recta 2/2

Parrilla circular •

En este sistema los pellets son tratados sobre un lecho fijo, en una parrilla en forma de corona. Sobre la parrilla se tiene una capa de protección. El material se carga en una capa de poco espesor lo que disminuye las presiones y permite utilizar pocos ventiladores.

Grate Kiln 1/4

• El proceso de endurecimiento se efectúa en tres equipos sucesivos: • • La parrilla horizontal • • El horno rotativo • • El enfriador anular

Grate Kiln 2/4 • La parrilla horizontal efectúa las funciones de secado y precalentado de los pellets verdes depositados en capas de 150 a 750 mm de espesor, a una temperatura de 900 a 1100° C. Para este fin se recirculan gases provenientes del horno. El precalentamiento se continúa hasta que los pellets tienen una resistencia adecuada para ser transferidos al horno rotativo. En el horno rotativo inclinado, los pellets son cocidos durante media hora aproximadamente, a temperaturas de 1250 a l300° C. Poseen un quemador situado en el eje del horno, usándose el aire que proviene del enfriador. Los gases fluyen sobre la cama de pellets sin atravesarla. El movimiento de los pellets entre si evita el pegoteo y asegura un endurecimiento uniforme de los pellets.

Grate Kiln 3/4 • En la última etapa del proceso se tiene el enfriador anular. La eliminación de la capa de protección y el hecho de que los gases no deban atravesar la capa de pellets en el horno rotativo hacen que la depresión sea menor, reduciéndose la energía eléctrica consumida por los ventiladores, con lo que se reducen los costos operativos. Este sistema es utilizado para todos los tipos de minerales y son comunes instalaciones de 3 a 3,5 millones de toneladas anuales.

Grate Kiln 4/4

Proceso de peletización en frio 1/2 • Con

el fin de obtener instalaciones menos costosas, simplicidad en la operación y menos consumo de combustibles, se han estudiado varios procesos de endurecimiento sin tratamiento térmico Se ha logrado una instalación industrial con una capacidad de 1,5 millones de toneladas anuales.

•

El proceso consiste en obtener el endurecimiento de los pellets con una mezcla de mineral y aglomerante (cemento). No se conocen los resultados de su uti1ización en altos hornos modernos pero puede decirse que el estado de oxidación del mineral de hierro se mantiene fijo, y que el agua de constitución el azufre y otros compuestos volátiles de los minerales no son eliminado

Proceso de peletización en frio 2/2