Enfoque Geometalúrgico sobre el Control de Calidad del Mineral de Hierro

5/11/2018 Enfoque Geometalúrgico sobre el Control de Calidad del Mineral de Hierro - slidepdf.com

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En procesos de aglomeración y reducción:

Enoque geometalúrgicosobre el control de calidaddel mineral de hierro

La caracterización más común de la calidad intrínseca del mineral de hierro,

tanto fno como calibrado, en las industrias metalúrgicas se ha basado

exclusivamente en el análisis químico y la granulometría. Una gran cantidad

de dierentes categorías de minerales de hierro y diversas mezclas del mismo

se pueden utilizar en los procesos industriales de aglomeración y reducción.

La calidad del mineral varía constantemente. Además, en la actualidad,

no se le está otorgando la debida importancia a las características

microestructurales, mineralógicas y «granuloquímicas». Estos aspectos, así

como las pruebas tecnológicas a escala de laboratorio y piloto, también

son importantes. En cuanto al aporte geometalúrgico, existe, en general,

una alta de entendimiento entre las empresas mineras y las industrias

metalúrgicas en lo que respecta a la geometalurgia para los procesos de

aglomeración y reducción. Sin embargo, en los últimos años, el enoque

geometalúrgico ha estado ganando interés en las universidades, centros

de investigación e industrias. La geometalurgia es un enoque holístico

y multidisciplinario y de gran alcance para disminuir la variabilidad

en los resultados industriales, con el objetivo de implementar soluciones

tecnológicas y mejoras, para promover la innovación y agregar valor en

todas las ases operativas de la producción de acero, a partir del mineral

primario hasta el producto fnal centrándose en la mina, el procesamiento

de minerales y la metalurgia. En esta contribución, se resalta un enoque

geometalúrgico para el control de calidad del mineral de hierro en el

sinterizado, peletizado y procesos de reducción.

* Universidad Federal de Ouro Preto, Escuela de Minas, REDEMAT - Curso de Posgrado Ingeniería de Materiales, Ouro Preto, MG, Brasil, E-mail:[email protected]

** Universidad Federal de Ouro Preto, Escuela de Minas, REDEMAT - Curso de Posgrado Ingeniería de Materiales, Ouro Preto, MG, Brasil, E-mail:[email protected]

*** Universidad Federal de Minas Gerais, Departamento de Geología, Belo Horizonte, Brasil, E-mail: [email protected]**** Universidad Federal de Minas Gerais, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Belo Horizonte, MG, Brasil, E-mail: [email protected]

***** Teqbet - REDEMAT, MG, Brasil, E-mail: [email protected]

materia prima

Por Dr. Cláudio Batista Vieira*, Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo**, Dr. Carlos Alberto Rosiére***,Dr. Varadarajan Seshadri**** y M.Sc. Henrique Coelho*****

Introducción

Como es bien sabido, el mineral de hierroes un material policristalino que ha sidoobjeto de varios procesos naturales com-plejos durante tiempos geológicos, debi-do a eectos de la presión, al cambio detemperaturas, recocido, recristalización ya la erosión, lo cual da lugar a diversascaracterísticas intrínsecas y consecuen-

temente, a un variable comportamientoindustrial.

Una gran cantidad de categorías de mi-nerales de hierro y diversas mezclas demineral se pueden utilizar en los proce-sos industriales. Minerales de distintasminas (o incluso de la misma mina) po-seen dierentes componentes mineraló-gicos y microestructuras debido al meta-morsmo, tectonismo y erosión en tiem-pos geológicos [1-6]. En consecuencia,

estos minerales muestran un comporta-miento dierente durante los procesos de

aglomeración tales como la sinterizacióny la peletización, así como también en losprocesos de reducción tales como altohorno, Midrex, HyL III, Corex, etc. Existeuna variabilidad continua en términos decalidad del mineral y poco conocimientoacerca del impacto económico y técnicoen todos estos procesos.



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La calidad intrínseca del mineral de hierroque se utiliza en los procesos de aglome-ración y reducción ha sido, en su mayo-ría, evaluada mediante análisis de rutina.Se le otorga poca importancia a la carac-terización mineralógica y a la microes-tructura de estos materiales. El mineral seanaliza normalmente como una materia

prima compuesta por minerales de hierroy ganga teniendo en cuenta sólo las ca-racterísticas químicas y granulométricascomo los principales parámetros en elcontrol del proceso.

En el proceso de reducción, la geome-talurgia representa un nuevo enoqueconceptual del mineral de hierro desde elpunto de vista de la ciencia de los mate-riales (para comprender la naturaleza delmaterial empleando teorías que relacio-nan la microestructura a su composición,propiedades y comportamiento indus-

trial) y la ingeniería de los materiales (queconsidera tanto conocimientos unda-mentales como empíricos a n de usarloscorrectamente). Conocer más acerca delos atributos geometalúrgicos conduce aun mejor control sobre los parámetros delproceso, disminuye la variabilidad y tam-bién minimiza la incertidumbre1.

Mineralogía, estructura

y textura de minerales

de hierro: caso brasileño

El distrito Cuadrilátero Ferríero (QF, parasu sigla en portugués), Minas Gerais, po-see importantes yacimientos de minera-les de hierro de alta ley itabiríticos y he-matíticos (Fe > 60% en peso). Los itabiri-tos están undamentalmente constituidospor bandas ricas en hierro intercaladascon cuarzo y/o bandas de dolomita. Losminerales de hierro de alta ley están con-ormados principalmente por hematita.

En los itabiritos y en los minerales de altaley, la mineralogía se determina mediantela siguiente secuencia de generación de

óxido de hierro [1-2]:

Hematita o Magnetita I→ Hematita II, III, IV

Hematita I, II→ Magnetita II, III, IV

Magnetita II, III, IV → Martita II, III,→ IV

La magnetita I es el mineral de hierro másantiguo encontrado en el itabirito y en losricos minerales de hierro del Cuadriláte-ro Ferríero. Éste tiene un color marrón-rosado bajo la luz y corresponde a lakenomagnetita que es una variedad dela magnetita que posee una decienciade hierro [7]. En algunos casos la ke-

nomagnetita se oxida hasta la hematitaaltamente magnética. La kenomagnetitasuele ser martitizada progresivamentea lo largo de los planos cristalográcos{111} y/o desde el borde hacia el interiorpreerentemente a través de microsurasy agujeros. La martitización progresiva yla posterior recristalización por migracióna través de borde de grano resulta en pe-queños cristales de hematita xenoblás-ticos a hipidioblásticos (hematita I) condimensiones que oscilan entre 10 µm y200 µm, mostrando bordes lobulados arectos donde aún se pueden reconocervestigios de magnetita resultando en unaestructura granoblástica porosa.

Este tipo de estructura también se puedeobservar en los minerales de hierro pro-venientes de zonas metamórcas bajas

en Brasil como Carajás y Urucum, juntocon cristales de hematita en nas capasque dan origen a una estructura decusa-da2.

La posterior progresión de recristaliza-ción bajo altas temperaturas da lugar aldesarrollo de una estructura granoblásti-ca de cristales de hematita (hematita II)con límites rectos y sin vestigios de keno-magnetita. La recristalización de hematitay martita con deormación creciente per-mite el desarrollo de alargados cristalesen placas de hematita, aquí denominado

especularita donde su plano basal deneuna esquistosidad y su dimensión másgrande caracteriza una lineación eviden-te resultando en estructuras lepidoblás-ticas y nematoblásticas. La especularitade esta generación puede considerarsetambién como hematita II, la cual se de-sarrolló en condiciones tectónicas.

Asociado con estructuras jóvenes de-sarrolladas a lo largo de la historia tec-tónica del Cuadrilátero Ferríero, nuevasgeneraciones de especularita secuencialse pueden ormar por recristalización acosta de los cristales más jóvenes o porla cristalización a partir de los fuidos re-movilizados, dando lugar a hematita III, IVy así sucesivamente. De acuerdo con suedad aproximada, pueden variar depen-diendo de la posición y la historia tectó-

nica de la zona. La infuencia del recoci-do y de la recristalización secundaria esvariable dependiendo de la temperaturay la presión parcial de oxígeno (condicio-nes pO2), resultando en el crecimientode hematita granoblástica e idioblástica(hematita IV), o magnetita (magnetita II,III), correspondiente también a las nuevasgeneraciones de óxidos de hierro. Estopuede ser ácilmente reconocido en laparte este del Cuadrilátero Ferríero conun mayor grado metamórco o cerca deaureolas de contacto donde se desarro-llan nuevos óxidos de hierro. La magne-

1 Nota del Editor: Se recomienda al lector general o quien no sea conocedor de los temas de Mineralogía pasar directamente al título: Clasifcacióntipológica: ¿qué tipo de mineral de hierro está procesando su planta industrial?.

2 Nota de Editor: Decusada: Alternada en orma de X.

Existe una variabilidad continua en términos de calidad del mineral y poco conocimiento acerca del impactoeconómico y técnico en todos estos procesos.



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tita de estas últimas generaciones puederesultar inestable ya que aparece sobretodo como kenomagnetita parcialmenteoxidada y ue martitizada a varios gradosdurante la historia geológica (martita II, III,IV).

La orientación de los granos de hematitadurante la recristalización a especularitatambién da lugar a una orientación reticu-lada y a la anisotropía ísica y magnéticade los minerales que se pueden medirpor rayos X o diracción de neutrones ymétodos geoísicos. Veremos en el próxi-

mo capítulo que se pueden denir trestipos principales de mineral de hierroteniendo en cuenta (entre otros paráme-tros) las características de estructura talcomo se presentan en el Cuadro 1. Esposible determinar un parámetro cuan-titativo para caracterizar la estructura yla textura por denición de un tensor deorientación y el cálculo de sus autovalo-res y autovectores3.

Además de la importancia de las carac-terísticas mineralógicas y de textura delos óxidos de hierro, una determinación

cuantitativa de la mineralogía accesoriatambién debe realizarse en la petrograíadel mineral de hierro ya que la presenciade óxidos de manganeso (pirolusita, psi-lomelana), silicatos (aníboles, pirolita,clorita, caolinita) e hidróxidos secunda-rios (goetita, limonita) puede intererir enla concentración y en los procesos me-talúrgicos.

Clasifcación tipológica:

¿qué tipo de mineral

de hierro está procesando

su planta industrial?

Dierentes categorías de mineral de hierroy mezclas de minerales se han utilizadoen procesos industriales. Diversos tiposde cristales de hematita como especula-rita, martita y hematita microgranular, contamaños de cristal variables a partir de 1 µm hasta 1.000 µm se encuentran en los

dierentes tipos de minerales. Tal comose muestra en el Cuadro 1, la estructuradel mineral puede ser granoblástica, lepi-doblástica, granolepidoblástica, etcétera.Cada mineral de hierro se compone tam-bién de dierentes tipos de componentesmineralógicos como la caolinita, gibsita,goetita y poseen dierentes porosidadesy diámetros de poro que infuyen en lasetapas rías y calientes de aglomeraciónde los nos de mineral de hierro.

La clasicación de mineral de hierro so-bre la base de criterios genéticos no pue-

de utilizarse exitosamente en la minería yen la metalurgia para llevar a cabo unabuena caracterización debido a la varie-dad de enómenos geológicos que parti-ciparon en la ormación de los depósitosde mineral [8]. Como una primera aproxi-mación a una clasicación industrial deminerales de hierro, se sugiere una no-menclatura muy sencilla basada en la mi-neralogía dominante.

El primer paso sería en una tabla taxonó-mica basada en dos principales tipos deminerales a saber magnetítica y hematí-tica.

Los minerales hematíticos pueden perte-necer a dierentes categorías: mineral Mar-títico (Mina Mutuca), cuando la mayoría dela hematita deriva de la oxidación de mag-

netita. Mineral granular, constituido porhematina granoblástica (mina de Pico),microcristalina o criptocristalina (MinasCarajás y Urucum). El mineral especularí-tico (Minas Andrade y Caue), constituidopredominantemente por hematita tabular.

Los minerales goetíticos y limoníticosrepresentan un tercer tipo subordinado,cuando hidróxidos están presentes enproporciones lo sucientemente altascomo para intererir en su utilización du-rante el proceso metalúrgico. Con res-pecto al mineral de hierro brasileño, el

término goetítico puede añadirse a losotros, como el mineral martítico goetíti-co (Mina Alegria), mineral especularíticogoetítico, etcétera.

En Brasil, por ejemplo, no es común en-contrar minerales magnetíticos para usoindustrial. La mayoría de las veces estemineral aparece como vestigio de keno-magnetita. Para la clasicación, sería másrealista utilizar términos como mineral dekenomagnetítica martítica (Mina Feijão) omineral martítica kenomagnetítica goetíti-ca (Mina Alegria).

Inormación complementaria como ser laporosidad, estructura, mineralogía y ani-sotropía (caolinita, gibsita) o propiedadesísicas (compacto, riable, esquistosa)pueden ser incluidos como parámetrosde caracterización.

¿Por qué el abordaje

geometalúrgico?

En cuanto al aporte geometalúrgico, exis-te, en general, una alta de entendimiento

entre las empresas mineras y las indus-trias metalúrgicas en lo que respecta a lageometalurgia para los procesos de aglo-meración y reducción. Sin embargo, estose está recticando con el conocimiento

Cuadro 1Principales tipos de estructuras en los minerales de hierro brasileños

Tipo de estructuras y minas Descripción

Granoblástico Crecimiento irregular de cristales de hematitaEj.: Mutuca, C. do Feijão, etc. del Cuadrilátero Ferríero - MG; Carajás xenoblástica y agregados de martita.

Los bordes de los cristales están hasta lobulados.

Lepidoblástico Cristales de hematita en capas bien desarrolladasEj.: Andrade, Caue, Morro Agudo, etc. del Cuadrilátero Ferríero - MG debido al crecimiento anisotrópico paralelo al plano

basal.

Mosaico Cristales de hematita isométrica con bordes rectosEj.: Andrade, Morro Agudo y bien desarrollados.

Lepidogranoblástico Especularita con hematita/martita granularEj.: Casa de Pedra, Cauê, Andrade en estructura mixta.

Microgranular Hematita de micro a criptocristalina dispuesta en unaEj.: Carajás, Corumbá estructura granoblástica muy na.

Decusada Cristales interlazados en nas capas distribuidos enEj.: Carajás orma reticular.

3 Nota del Editor: En geología los autovecto-res y autovalores son usados para resumiruna masa de inormación en un espaciotridimensional por medio de 6 números. Lasalida para el Vector de Orientación se en-cuentra en los 3 ejes perpendiculares delespacio.

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de geometalurgia que está ganando im-portancia como un área de investigacióninterdisciplinaria en las universidades, cen-tros de investigación e industrias [8-14].

La Geometalurgia es un enoque integraly de gran alcance que apunta a una uerteinteracción entre las áreas de geología,

yacimientos de minerales, planicaciónde minas, procesamiento de mineralesy metalurgia. Es importante y útil para elanálisis de actibilidad y también para lasetapas operativas. Puede ser utilizadapara mejorar la comprensión de yaci-mientos y su modelo de bloques4 con el

Cuadro 2Algunas consideraciones importantes para una exitosa aplicación de la geometalurgia

Pasos Descripción Foco

1. La Geometalurgia se puede denir como un enoque multidisciplinario en los procesos de extracción de Geometalurgiametales conjuntamente con una uerte cooperación técnica de todos los miembros del equipo ormado porgeólogos, planicadores de minas, ingenieros de procesos, metalúrgicos, gerentes, investigadores, etc.Es necesario romper con algunas de las barreras tradicionales entre las disciplinas proesionales con elobjetivo nal de practicar la geometalurgia.

2. Es necesario adoptar un lenguaje normalizado aceptable para los proesionales de las dierentes áreas y de Lenguajetodas las ases operativas, desde la mina hasta el producto nal (mina; benecio del mineral; aglomeración, normalizadoplantas siderúrgicas).

3. Los equipos de proyecto deben tener una mente abierta y pensar de orma explícita (y constantemente) en Equipostérminos de incertidumbre, riesgos, oportunidades, valor de uso, variabilidad, costos, innovaciones de proyectotecnológicas, cuestiones ambientales, diseño de equipos, etc. en cada etapa del proceso.

4. Es necesario conocer en detalle el cuerpo del mineral a través de una adecuada investigación de minerales Conocimientopara construir un modelo espacial. El modelo está diseñado para orecer un eectivo conocimiento geometálurgicode geometalurgia teniendo en cuenta aspectos esenciales en todas las ases operativas de la producción del yacimientode acero, desde la producción en bruto del yacimiento hasta el producto nal, centrándose en la mina, de mineral

el procesamiento de minerales, la aglomeración y las plantas siderúrgicas. Además de la caracterizaciónquímica, se deben llevar a cabo estudios mineralógicos y microestructurales de la extracción de testigosmediante microscopia óptica principalmente y otras técnicas auxiliares de análisis. Como una primeraaproximación a una clasicación industrial de minerales de hierro, se sugiere una nomenclatura basada enla mineralogía dominante. También es esencial desarrollar una caracterización tecnológica en escala delaboratorio y, a veces incluso a escala piloto (muestras de mezclas) de las muestras de extracción detestigos. El uso adecuado de herramientas 3D y un conocimiento avanzado de geoestadística es esencialpara obtener un ecaz modelo geometalúrgico del cuerpo del mineral. Los atributos geometalúrgicos clavedeben ser espacialmente modelados utilizando estimaciones válidas de estos parámetros con el n deextraer el valor total de cada bloque y así construir el conocimiento geometalúrgico del yacimiento de mineral.

5. Es útil desarrollar una adecuada metodología de caracterización mineralógica y microestructural cualitativa Metodologíay cuantitativa de partículas de minerales y aglomerados (desde la producción en bruto del yacimiento, nos de la caracterizaciónde mineral de hierro naturales, concentrados, nos para sinterización, nos para peletización, mineral de de materialeshierro calibrado, pélets cocidos y sinter) que es la base para la caracterización geometalúrgica de estos mineralógicos,materiales. Además, todos los procedimientos experimentales de los ensayos tecnológicos en escala de microestructurales

laboratorio y en escala piloto deben denirse para cada ase operativa (molienda, fotación, aglomeración y tecnológicosría y caliente, procedimientos ísicos, químicos y metalúrgicos, etcétera.)

6. Un adecuado plan de muestreo de los minerales y de los aglomerados en puntos estratégicos del proceso Muestreo (mina, procesamiento de minerales, aglomeración y plantas de reducción) es una característica esencialpara la caracterización geometalúrgica (producción bruta del yacimiento, nos de mineral de hierronaturales, concentrados, nos para sinterización, nos para peletización, mineral de hierro calibradoy aglomerados). Es importante asegurarse que todos los tipos de materiales utilizados en los estudiosgeometalúrgicos están correctamente muestreados.

7. Es esencial entender la importancia de las playas de almacenamiento de materias primas para la Máximaaglomeración y las plantas de reducción. Es necesario y vital desarrollar una metodología adecuada y un atención para elsistema de control ecaz para la preparación de las materias primas considerando playas primarias y de almacenamiento,homogeneización. Se debe otorgar mucha atención al almacenamiento, mezcla y homogenización de mezcla yminerales. Asimismo, se deben considerar criterios geometalúrgicos para mezclar dierentes tipos de homogenizaciónminerales y materias primas. Éste es un punto clave para controlar la variabilidad de los minerales y agregar de mineralesvalor a estos materiales.

objetivo de desarrollar la mejor relacióneconómica y técnica con los procesosindustriales posteriores. El enoque geo-metalúrgico se desarrolla con el n decaracterizar la variabilidad del yacimientode mineral, maximizar el valor actual neto,minimizar el riesgo, clasicar los tipos demineral del yacimiento, evaluar su calidad

intrínseca, disminuir la variabilidad de re-sultados industriales y optimizar las plan-tas de procesamiento de minerales y losprocesos metalúrgicos industriales [8-14].

Es esencial entender la variabilidad y lacalidad geometalúrgica de las materias

primas para los procesos de aglome-ración y reducción. Debería contribuir aobtener un uncionamiento estable delos reactores metalúrgicos (alto horno,Corex, Midrex, HyL III, etc.) y de los pro-cesos de aglomeración (sinterizacióny peletización) y llevar a una mejora enel rendimiento operativo, energético y

productivo. Por lo tanto, para lograr uneciente control en el proceso de reduc-ción, peletización y sinterización, algu-nas consideraciones importantes a teneren cuenta para lograr una geometalurgiasatisactoria se presentan en el Cuadro

2.

4 Nota del Editor: Un modelo de bloques es una representación especial para cuanticar la geología y ecuación económica de un depósito deminerales a explotar. Los bloques pueden ser de tamaño uniorme de 10 x 10 x 10 metros o pueden ser de dimensiones variables dependiendodel plan minero.



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Pasos Descripción Foco

8. Dentro de las plantas industriales, se recomienda especial atención a los siguientes actores críticos: Factores críticostamizado de minerales, clasicación granulométrica del no de mineral de hierro, distribución de la carga, (dentrosegregación granulométrica, sistemas de pesaje de las materias primas, métodos de operación, de las plantasautomatización del proceso, exactitud de la base de datos, equipos de diseño, sistema integrado de industriales)supervisión de procesos y balance de masa, etcétera.

9. Esta técnica ha sido utilizada con éxito en mini altos hornos en Brasil. El concepto básico consiste en el uso Secado

de un silo de almacenamiento de materia prima, que actúa como un reactor metalúrgico vertical en y tratamientocontracorriente, donde el mineral de hierro calibrado se dirige hacia abajo y los gases calientes, generados térmico del mineralpor el proceso, fuyen hacia arriba. Como resultado de esta tecnología, existe una mejora signicativa en las calibrado para usooperaciones para el tamizado del mineral y la distribución de la carga en los altos hornos. Además, existe en reactoresuna uerte disminución de la intensidad de crepitación. Como principal consecuencia, es posible aumentar de reducciónla productividad del reactor metalúrgico y disminuir el consumo de combustible.

10. Denición de una estratégica y continua planicación de experimentos geometalúrgicos (escala de Base de datoslaboratorio, piloto e industrial utilizando dierentes actores y niveles) con el objetivo de construir el geometalúrgicaconocimiento geometalúrgico y la base de datos geometalúrgica aplicada a los procesos de aglomeración aplicada a losy reducción. Es importante adoptar un sistema integrado y continuo de estudios geometalúrgicos. También procesos dese deben considerar modelos ísicos y matemáticos. La comprensión de la «investigación aplicada» es aglomeraciónextremadamente importante. y reducción

11. Se recomienda una estrecha cooperación técnica entre las industrias y las universidades sobre los estudios Cooperacióngeometalúrgicos, que involucre cursos de posgrado, servicios técnicos, investigaciones cientícas, técnica entrecapacitación continua, campo de trabajo de los cursos de grado, estudios de iniciación cientícos para industrias

estudiantes de grado, laboratorios de usos múltiples y cooperación internacional. y universidades12. Las personas con conocimiento técnico constituyen la base principal de la tecnología geometalúrgica. Personas

Comportamiento de los

minerales en los procesos

de aglomeración

y reducción

Diversas características se toman encuenta para analizar la calidad intrínseca

del no de mineral de hierro empleadoen los procesos de sinterización y pele-tización, tales como la composición quí-mica, los parámetros granulométricos,la supercie especíca, la porosidad, lacapacidad de aglomeración ría, etc., así como las variables del proceso y su in-fuencia en la calidad del producto nalaglomerado [15-21].

Otros estudios en la literatura han dis-cutido la importancia y la relación entrelas características microestructurales ymineralógicas y la eciencia de las eta-

pas rías y calientes de aglomeración delos minerales de hierro en el proceso desinterización [22-26]. El tamaño, la forma

y la distribución de los cristales y los po-ros de los minerales, entre otros actores,infuyen en la reducibilidad de sinteriza-dos [24]. El mineral goethítico posee un

eecto notable en la estructura de la par-te de usión del sinter, que infuye en laormación de calcioerrita, escoria vítreay porosidad, que a su vez controlan losparámetros metalúrgicos y mecánicostales como la reducibilidad, resistencia yRDI, etc. [27]. El mineral limonítico tiene

infuencia en la temperatura de usión delas partículas adherentes [28]. La elec-ción adecuada en términos de tamañode grano y proporción de minerales hi-dratados en la mezcla de sinter, junto con

hematitas compactas, contribuye a mejo-rar la reducibilidad de sinterizados [26].

El uso de minerales hidratados aecta larelación entre la ase líquida y los núcleosdurante la sinterización [25]. La intensi-dad de la degradación granulométrica desinterizados durante la reducción a bajastemperaturas está uertemente infuencia-da por sus componentes microestructu-rales [21]. El tipo de sílice y su partición

en la distribución del tamaño de granosde la matriz de nos para sinterización(partículas adherentes, intermedias y nu-cleantes) infuyen en los parámetros delproceso de sinterización y en las propie-dades metalúrgicas y ísicas del aglome-rado de mineral de hierro [29].

La importancia de los parámetros mine-ralógicos de nos de mineral de hierroque se utilizan en el proceso industrialde peletizado también se ha estudiado[30-32] en diferentes contribuciones. Asi-

mismo, se ha estudiado el uso y el ren-dimiento de los dierentes tipos de node mineral de hierro como son la espe-cularita y martita en algunas etapas delproceso de concentración, preparación ypeletización [33-36].

Los estudios [9, 11, 37-38] han mostrado

que diversos tipos de mineral de hierrocalibrado y mineral aglomerado utilizadosen los procesos de reducción poseen ca-racterísticas relacionadas con la microes-tructura, la mineralogía y la estructura. Seha estudiado el examen microscópicoasí como el comportamiento de algunosminerales de hierro calibrados de Brasil(Cuadrilátero Ferríero) como carga enlos mini altos hornos con respecto a losaspectos operativos. Estos minerales

han sido clasicados en tres grupos di-ferentes [9, 38].

Los minerales que constituyen el grupoI son esencialmente martíticos con uncontenido bajo de ganga, en general, denaturaleza compacta y a veces poroso yaque contienen esencialmente hematitaen orma de martita con cantidades va-

riables de magnetita. Estos minerales tie-nen cristales compactos, con contornosirregulares; el tamaño es del orden de 30 µm a 40 µm, con poros intergranulares. Eluso de este tipo de mineral como cargaen los mini altos hornos ha dado exce-lentes resultados en términos operativos.

Los minerales clasicados en el grupo IIcontienen básicamente hematita especu-lar y granular con baja ganga y alto gradode refexión óptica, con cristales relativa-mente grandes, lisos y compactos; el ta-maño de grano se encuentra en el orden

de los 70 µm a 100 µm, con una interasede contacto que se caracteriza por teneraparentemente líneas rectas. La expe-riencia con este tipo de mineral comocarga en algunos de los mini altos hornosdemostró en general una baja productivi-dad y un alto consumo de combustible.Estos minerales se utilizan normalmenteen la producción de arrabio especial conbajos niveles de ósoro, necesario parala producción de undición nodular.

Los minerales que orman el grupo IIIposeen un alto contenido de ganga y unalto grado de hidratación, son compac-

tos y porosos. Se caracterizan por dostipos de estructuras, una compuestapredominantemente por martita, con lasmismas características de los minerales

materia prima



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del grupo I y la otra compuesta por hematita especular y granular con una estructurarelativamente similar a los minerales del grupo II. La presencia de goethita/limonita estambién evidente a través del examen microscópico. Si se utiliza este tipo de mineralcomo carga en los mini altos hornos, el comportamiento es intermedio respecto a losminerales del grupo I y II. Normalmente, estos minerales se mezclan (hasta un máximodel 20% al 40%) con aquellos del grupo I, para obtener un uncionamiento satisactoriodel alto horno.

Debido a la gran variedad de nos de mineral de hierro para uso en los procesosindustriales, así como también los problemas actuales asociados con la planicaciónde las minas, los recursos minerales, el procesamiento del mineral, la aglomeración,la reducción y la demanda del mercado, se ha vuelto extremadamente importante laimplementación de los estudios geometalúrgicos.

Evaluación de los atributos geometalúrgicos del mineral

de hierro

Sobre la base de las consideraciones mencionadas, se pueden desarrollar procedi-mientos especícos para la evaluación de las características geometalúrgicas del mi-neral de hierro con relación a los procesos de aglomeración y reducción.

Los Cuadros 3, 4 y 5 muestran los parámetros que deben constituir los atributos geo-metalúrgicos de minerales para los procesos de peletización, sinterización y reducción,respectivamente.

Cuadro 3Parámetros recomendados para evaluar la calidad intrínseca de los minerales utilizados en el proceso de peletizado

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Infuencia en el peletizado y en elcon los pélets cocidos proceso de reducción

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, porosidad, Consumo de energía y productividadde partículas cuantitativa de las ases reducibilidad, índice de (molienda, horno de pélets y reactor

presentes y de la ganga por degradación por reducción de reducción), rendimiento de fotación,microscopia óptica con la a baja temperatura (RDI en calidad ísica de pélets verdes y calidad

ayuda de la diracción de inglés), resistencia mecánica, química, ísica y metalúrgica del péletrayos X y microsonda parámetros de ablandamiento cocido.electrónica. y usión.

Tamaño de los cristales Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía y productividadde hematita (martita, ocurre más recuentemente (molienda y reactor de reducción),especularita y hematita en la distribución de calidad ísica y metalúrgica del péletgranular) recuencias) y distribución cocido.

de tamaño por microscopiaóptica.

Porosidad Porosidad total, tamaño Reducibilidad, índice de Consumo de energía y productividadpromedio de poro, tipo degradación por reducción (molienda y reactor de reducción),y orma de poros por a baja temperatura (RDI en calidad ísica del pélet verde y del péletmicroscopia óptica y por inglés), resistencia mecánica, cocido.B.E.T.*. parámetros de ablandamiento

y usión.

Parámetros convencionales: Área especíca de análisis de Porosidad, reducibilidad, Consumo de energía y productividadanálisis de Fisher o Blaine Fisher o Blaine y granulometría índice de degradación por (molienda, horno de pélets y reactor dey granulometría por tamizado y granulometría reducción a baja temperatura reducción), calidad ísica de pélets

láser (%-100 malla, %-100 malla (RDI en inglés), resistencia verdes y calidad ísica y metalúrgica+325 malla, %-325 malla y mecánica, parámetros de de pélets cocidos.% lodo). ablandamiento y usión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico tradicional de Algunas ases del mineral que Calidad química, ísica y metalúrgicala muestra y de cada tamaño pueden evaluarse del pélet cocido.de partícula de interés indirectamente por parámetros(-100 malla; -100 malla +325 químicos (por ejemplo:malla, -325 malla y % lodo). magnetita por %FeO y goethita

por pérdida de calcinación).

Ensayos tecnológicos Ensayo de peletizado en horno Necesario para predecir el Parámetros de proceso.a escala de laboratorio pote y caracterización ísica, comportamiento de la mezclay escala piloto química y metalúrgica del de minerales en el peletizado

mineral sinterizado a escala y el pélet cocido en losde laboratorio. reactores de reducción.

* Nota del Editor: B.E.T. Determinación de las áreas superciales (proviene de los apellidos Brunauer, Emmett, Teller).

Diversas características se toman en cuenta para analizarla calidad intrínseca del fno de mineral de hierro empleado

en los procesos de sinterización y peletización.



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Cuadro 4Parámetros recomendados para evaluar la calidad intrínseca del mineral de hierro utilizado en el proceso de sinterización

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Infuencia en el sinterizado y en elcon el sinter proceso de reducción

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, porosidad, Consumo de energía, productividadde partículas adherentes, cuantitativa de las ases reducibilidad, índice de y calidad del sinter.

intermedias y nucleantes presentes y de la ganga por degradación por reducciónmicroscopia óptica con la a baja temperatura (RDI enayuda de la diracción de rayos inglés), resistencia, parámetrosX y microsonda electrónica. de ablandamiento y usión.

Tamaño de los cristales Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía y calidadde las partículas adherentes, ocurre más recuentemente en metalúrgica del sinter.intermedias y nucleantes la distribución de recuencias)

y distribución de tamaño pormicroscopia óptica.

Estructura de partículas Evaluación por microscopia Reducibilidad, índice de Calidad ísica y metalúrgica del sinter.nucleantes óptica. degradación por reducción

a baja temperatura (RDI eninglés)y resistencia.

Tipo y partición de la sílice Este tipo es evaluado por Resistencia, índice de Consumo de energía, productividad y

en la matriz de nos para microscopia óptica y electrónica degradación por reducción calidad metalúrgica y ísica del sinterizado.sinterización de barrido (SEM en inglés). a baja temperatura (RDI enLa partición se evalúa por inglés), reducibilidad,análisis «granuloquímico». parámetros de ablandamiento

y usión.

Grado de liberación de sílice Grado de liberación (%) Resistencia. Calidad ísica del sinter.de sílice (o cuarzo) en dierentestamaños de grano de la matrizde nos para sinterización(-6,3 mm +3,0 mm, -3,0 mm +1,0 mm, -1,0 mm +0,3 mm,-0,3 mm +0,105 mm,-0,105 mm).

Forma de las partículas Evaluación por microscopia Reducibilidad y resistencia. Consumo de energía, productividadnucleantes, adherentes óptica (en ocasiones por y calidad metalúrgica del sinter.

e intermedias y tipo de microscopia electrónica).supercie de las partículas

Porosidad total, distribución, Porosidad, tamaño, tipo y orma Reducibilidad, índice de Consumo de energía, productividadorma y tamaño de los poros de los poros por microscopia degradación por reducción y calidad metalúrgica y ísica del sinter.de las partículas nucleantes, óptica y porosímetro. a baja temperatura (RDI enadherentes e intermedias inglés), resistencia, parámetros

de ablandamiento y usión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico de los Resistencia, índice de Consumo de energía y calidadde la matriz de nos para dierentes tamaños de grano degradación por reducción metalúrgica y ísica del sinter.sinterización de la matriz de nos para a baja temperatura (RDI en

sinterización (+6,3 mm, inglés), reducibilidad, -6,3 mm +3,00 mm, -3,00 mm parámetros de ablandamiento +1,0 mm, -1,0 mm +0,3 mm, y usión.-0,3 mm +0,105 mm,-0,105 mm).

Granulometría Análisis químico tradicional de Resistencia. Productividad y calidad ísica del sinter.la muestra y de cada tamañode partícula de interés(+6,3 mm, -6,3 mm +3,0 mm, -3,0 mm +1,0 mm, -1,0 mm+0,3 mm, -0,3 mm+ 0,105 mm,-0,105 mm).

Porcentaje de partículas Porcentaje en peso de partículas Microestructura, porosidad, Consumo de energía, productividadintermedias y proporción intermedias y proporción de las reducibilidad, índice de y calidad metalúrgica y ísica del sinter.de las partículas adherentes/ partículas adherentes/nucleantes degradación por reducciónnucleantes por análisis granulométrico. a baja temperatura (RDI en

inglés), resistencia, parámetrosde ablandamiento y usión.

Ensayos tecnológicos a escala Ensayos de sinterización en Necesario para predecir el Parámetros de proceso.de laboratorio y escala piloto horno pote y caracterización comportamiento de la mezcla

ísica, química y metalúrgica de minerales durante ladel mineral sinterizado a escala sinterización y el mineralde laboratorio. sinterizado en los reactores

de reducción.

materia prima



31

Cuadro 5Parámetros recomendados para evaluar la calidad intrínseca del mineral de hierro utilizado en el proceso de reducción

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Infuencia en el proceso de reduccióncon el mineral calibrado

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, estructura, Consumo de energía, productividad,de partículas cuantitativa de las ases porosidad, reducibilidad, índice calidad ísica y metalúrgica del mineral

presentes por microscopia de degradación por reducción calibrado.óptica con la ayuda de la a baja temperatura (RDI endiracción de rayos X inglés), resistencia, parámetrosy microsonda electrónica. de ablandamiento y usión.

Tamaño de cristales de Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía, productividad,hematita (martita, especularita ocurre más recuentemente calidad ísica y metalúrgica del mineraly hematita granular) en la distribución de calibrado.

recuencias) y distribuciónde tamaño por microscopiaóptica.

Porosidad Porosidad total, tamaño Reducibilidad, índice de Consumo de energía, productividad,promedio del poro, tipo y orma degradación por reducción calidad ísica y metalúrgica del mineralde poros por microscopia a baja temperatura (RDI en calibrado y del hierro esponjaóptica. inglés), resistencia, parámetros y briqueteado).

de ablandamiento y usión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico tradicional Algunas ases del mineral Calidad química, ísica y metalúrgicade la muestra y de cada que pueden evaluarse del mineral calibrado.tamaño de partícula de interés. indirectamente por parámetros

químicos (Ej.: magnetita por%FeO y goethita por pérdidade calcinación).

Grado de liberación de sílice Grado de liberación (%) de Reducibilidad. Consumo de energía, productividad,sílice (o cuarzo) en dierentes calidad ísica y metalúrgica del mineraltamaños de grano del mineral calibrado.calibrado.

Ensayos tecnológicos a escala Caracterización ísica Necesario para predecir el Parámetros de proceso.de laboratorio y metalúrgica del mineral comportamiento del mineral

calibrado. calibrado y de las mezclasen los reactores de reducción.

Se pueden desarrollar procedimientos específcos para la evaluación de las características geometalúrgicas del mineral de hierro con relacióna los procesos de aglomeración y reducción.



32

Conclusiones

Una gran cantidad de categorías de mi-nerales de hierro y dierentes mezclasde minerales se pueden utilizar en losprocesos pirometalúrgicos. Minerales dedierentes minas (o incluso de la misma

mina) poseen dierentes componentesmineralógicos y microestructuras debi-do al metamorsmo, tectonismo y ero-sión durante los tiempos geológicos. Enconsecuencia, estos minerales muestranun comportamiento dierente durante losprocesos ríos y calientes de aglomera-ción así como también en los reactoresde reducción. Existe una variabilidad con-tinua en términos de calidad del mineraly poco conocimiento acerca del impactoeconómico y técnico en todos estos pro-cesos.

En cuanto al aporte de la geometalurgia

para los procesos de aglomeración yreducción existe en general una alta deintercambio de inormación entre las em-presas mineras y las industrias metalúrgi-cas. Sin embargo, esto se está rectica-do con el conocimiento de geometalurgiaque está ganando importancia como unárea de investigación interdisciplinaria enlas universidades, centros de investiga-ción y dichas industrias.

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Minerales de dierentes minas (o incluso de la misma mina) poseen dierentes componentes

mineralógicos y microestructuras debido al metamorfsmo, tectonismo y erosión durante los tiemposgeológicos.

materia prima



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Enfoque Geometalúrgico sobre el Control de Calidad del Mineral de Hierro

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