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En procesos de aglomeración y reducción:

Enfoque geometalúrgico sobre el control de calidad del mineral de hierro

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

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

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

de diferentes 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 falta 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 enfoque

geometalúrgico ha estado ganando interés en las universidades, centros

de investigación e industrias. La geometalurgia es un enfoque 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 fases operativas de la producción de acero, a partir del mineral

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

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

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: geometalurgia@yahoo.com.br

** Universidad Federal de Ouro Preto, Escuela de Minas, REDEMAT - Curso de Posgrado Ingeniería de Materiales, Ouro Preto, MG, Brasil, E-mail: fgabrielaraujo@uol.com.br

*** Universidad Federal de Minas Gerais, Departamento de Geología, Belo Horizonte, Brasil, E-mail: crosiere@gmail.com **** Universidad Federal de Minas Gerais, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Belo Horizonte, MG, Brasil, E-mail: Seshadri@demet.ufmg.br ***** Teqbet - REDEMAT, MG, Brasil, E-mail: teqbet@yahoo.com.br

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 hierro es un material policristalino que ha sido objeto de varios procesos naturales com-plejos durante tiempos geológicos, debi-do a efectos de la presión, al cambio de temperaturas, recocido, recristalización y a la erosión, lo cual da lugar a diversas características intrínsecas y consecuen-temente, a un variable comportamiento industrial.

Una gran cantidad de categorías de mi-nerales de hierro y diversas mezclas de mineral se pueden utilizar en los proce-sos industriales. Minerales de distintas minas (o incluso de la misma mina) po-seen diferentes componentes mineraló-gicos y microestructuras debido al meta-morfismo, tectonismo y erosión en tiem-pos geológicos [1-6]. En consecuencia, estos minerales muestran un comporta-miento diferente durante los procesos de aglomeración tales como la sinterización y la peletización, así como también en los procesos de reducción tales como alto horno, Midrex, HyL III, Corex, etc. Existe una variabilidad continua en términos de calidad del mineral y poco conocimiento acerca del impacto económico y técnico en todos estos procesos.

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La calidad intrínseca del mineral de hierro que 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 se analiza normalmente como una materia prima compuesta por minerales de hierro y ganga teniendo en cuenta sólo las ca-racterísticas químicas y granulométricas como los principales parámetros en el control del proceso.

En el proceso de reducción, la geome-talurgia representa un nuevo enfoque conceptual del mineral de hierro desde el punto de vista de la ciencia de los mate-riales (para comprender la naturaleza del material empleando teorías que relacio-nan la microestructura a su composición, propiedades y comportamiento indus-trial) y la ingeniería de los materiales (que considera tanto conocimientos funda-mentales como empíricos a fin de usarlos correctamente). Conocer más acerca de los atributos geometalúrgicos conduce a un mejor control sobre los parámetros del proceso, disminuye la variabilidad y tam-bién minimiza la incertidumbre1.

Mineralogía, estructura y textura de minerales de hierro: caso brasileño

El distrito Cuadrilátero Ferrífero (QF, para su 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 fundamentalmente constituidos por bandas ricas en hierro intercaladas con cuarzo y/o bandas de dolomita. Los minerales de hierro de alta ley están con-formados principalmente por hematita.

En los itabiritos y en los minerales de alta ley, la mineralogía se determina mediante la 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 más antiguo encontrado en el itabirito y en los ricos minerales de hierro del Cuadriláte-ro Ferrífero. Éste tiene un color marrón-rosado bajo la luz y corresponde a la kenomagnetita que es una variedad de la magnetita que posee una deficiencia de hierro [7]. En algunos casos la ke-

nomagnetita se oxida hasta la hematita altamente magnética. La kenomagnetita suele ser martitizada progresivamente a lo largo de los planos cristalográficos {111} y/o desde el borde hacia el interior preferentemente a través de microfisuras y agujeros. La martitización progresiva y la posterior recristalización por migración a través de borde de grano resulta en pe-queños cristales de hematita xenoblás-ticos a hipidioblásticos (hematita I) con dimensiones que oscilan entre 10 µm y 200 µm, mostrando bordes lobulados a rectos donde aún se pueden reconocer vestigios de magnetita resultando en una estructura granoblástica porosa.

Este tipo de estructura también se puede observar en los minerales de hierro pro-venientes de zonas metamórficas bajas en Brasil como Carajás y Urucum, junto con cristales de hematita en finas capas que dan origen a una estructura decusa-da2.

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

especularita donde su plano basal define una esquistosidad y su dimensión más grande caracteriza una lineación eviden-te resultando en estructuras lepidoblás-ticas y nematoblásticas. La especularita de esta generación puede considerarse también 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 Ferrífero, nuevas generaciones de especularita secuencial se pueden formar por recristalización a costa de los cristales más jóvenes o por la cristalización a partir de los fluidos re-movilizados, dando lugar a hematita III, IV y así sucesivamente. De acuerdo con su edad aproximada, pueden variar depen-diendo de la posición y la historia tectó-nica de la zona. La influencia del recoci-do y de la recristalización secundaria es variable dependiendo de la temperatura y la presión parcial de oxígeno (condicio-nes pO2), resultando en el crecimiento de hematita granoblástica e idioblástica (hematita IV), o magnetita (magnetita II, III), correspondiente también a las nuevas generaciones de óxidos de hierro. Esto puede ser fácilmente reconocido en la parte este del Cuadrilátero Ferrífero con un mayor grado metamórfico o cerca de aureolas 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: Clasificación tipológica: ¿qué tipo de mineral de hierro está procesando su planta industrial?.

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

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

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tita de estas últimas generaciones puede resultar inestable ya que aparece sobre todo como kenomagnetita parcialmente oxidada y fue martitizada a varios grados durante la historia geológica (martita II, III, IV).

La orientación de los granos de hematita durante la recristalización a especularita también da lugar a una orientación reticu-lada y a la anisotropía física y magnética de los minerales que se pueden medir por rayos X o difracción de neutrones y métodos geofísicos. Veremos en el próxi-mo capítulo que se pueden definir tres tipos principales de mineral de hierro teniendo en cuenta (entre otros paráme-tros) las características de estructura tal como se presentan en el Cuadro 1. Es posible determinar un parámetro cuan-titativo para caracterizar la estructura y la textura por definición de un tensor de orientación y el cálculo de sus autovalo-res y autovectores3.

Además de la importancia de las carac-terísticas mineralógicas y de textura de los óxidos de hierro, una determinación cuantitativa de la mineralogía accesoria también debe realizarse en la petrografía del mineral de hierro ya que la presencia de óxidos de manganeso (pirolusita, psi-lomelana), silicatos (anfíboles, pirofilita, clorita, caolinita) e hidróxidos secunda-rios (goetita, limonita) puede interferir en la concentración y en los procesos me-talúrgicos.

Clasificación tipológica: ¿qué tipo de mineral de hierro está procesando su planta industrial?

Diferentes categorías de mineral de hierro y mezclas de minerales se han utilizado en procesos industriales. Diversos tipos de cristales de hematita como especula-rita, martita y hematita microgranular, con tamaños de cristal variables a partir de 1 µm hasta 1.000 µm se encuentran en los diferentes tipos de minerales. Tal como se muestra en el Cuadro 1, la estructura del mineral puede ser granoblástica, lepi-doblástica, granolepidoblástica, etcétera. Cada mineral de hierro se compone tam-bién de diferentes tipos de componentes mineralógicos como la caolinita, gibsita, goetita y poseen diferentes porosidades y diámetros de poro que influyen en las etapas frías y calientes de aglomeración de los finos de mineral de hierro.

La clasificación de mineral de hierro so-bre la base de criterios genéticos no pue-de utilizarse exitosamente en la minería y en la metalurgia para llevar a cabo una buena caracterización debido a la varie-dad de fenómenos geológicos que parti-ciparon en la formación de los depósitos de mineral [8]. Como una primera aproxi-mación a una clasificación industrial de minerales 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 de minerales a saber magnetítica y hematí-tica.

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

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

Los minerales goetíticos y limoníticos representan un tercer tipo subordinado, cuando hidróxidos están presentes en proporciones lo suficientemente altas como para interferir en su utilización du-rante el proceso metalúrgico. Con res-pecto al mineral de hierro brasileño, el término goetítico puede añadirse a los otros, como el mineral martítico goetíti-co (Mina Alegria), mineral especularítico goetítico, etcétera.

En Brasil, por ejemplo, no es común en-contrar minerales magnetíticos para uso industrial. La mayoría de las veces este mineral aparece como vestigio de keno-magnetita. Para la clasificación, sería más realista utilizar términos como mineral de kenomagnetítica martítica (Mina Feijão) o mineral martítica kenomagnetítica goetíti-ca (Mina Alegria).

Información complementaria como ser la porosidad, estructura, mineralogía y ani-sotropía (caolinita, gibsita) o propiedades físicas (compacto, friable, esquistosa) pueden ser incluidos como parámetros de caracterización.

¿Por qué el abordaje geometalúrgico?

En cuanto al aporte geometalúrgico, exis-te, en general, una falta de entendimiento entre las empresas mineras y las indus-trias metalúrgicas en lo que respecta a la geometalurgia para los procesos de aglo-meración y reducción. Sin embargo, esto se está rectificando con el conocimiento

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

Tipo de estructuras y minas Descripción

Granoblástico Crecimiento irregular de cristales de hematita Ej.: Mutuca, C. do Feijão, etc. del Cuadrilátero Ferrífero - MG; Carajás xenoblástica y agregados de martita. Los bordes de los cristales están hasta lobulados.

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

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

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

Microgranular Hematita de micro a criptocristalina dispuesta en una Ej.: Carajás, Corumbá estructura granoblástica muy fina.

Decusada Cristales interlazados en finas capas distribuidos en Ej.: Carajás forma reticular.

3 Nota del Editor: En geología los autovecto-res y autovalores son usados para resumir una masa de información en un espacio tridimensional por medio de 6 números. La salida para el Vector de Orientación se en-cuentra en los 3 ejes perpendiculares del espacio.

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

La Geometalurgia es un enfoque integral y de gran alcance que apunta a una fuerte interacción entre las áreas de geología, yacimientos de minerales, planificación de minas, procesamiento de minerales y metalurgia. Es importante y útil para el análisis de factibilidad y también para las etapas operativas. Puede ser utilizada para mejorar la comprensión de yaci-mientos y su modelo de bloques4 con el

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

Pasos Descripción Foco

1. La Geometalurgia se puede definir como un enfoque multidisciplinario en los procesos de extracción de Geometalurgia metales conjuntamente con una fuerte cooperación técnica de todos los miembros del equipo formado por geólogos, planificadores de minas, ingenieros de procesos, metalúrgicos, gerentes, investigadores, etc. Es necesario romper con algunas de las barreras tradicionales entre las disciplinas profesionales con el objetivo final de practicar la geometalurgia.

2. Es necesario adoptar un lenguaje normalizado aceptable para los profesionales de las diferentes áreas y de Lenguaje todas las fases operativas, desde la mina hasta el producto final (mina; beneficio del mineral; aglomeración, normalizado plantas siderúrgicas).

3. Los equipos de proyecto deben tener una mente abierta y pensar de forma explícita (y constantemente) en Equipos términos de incertidumbre, riesgos, oportunidades, valor de uso, variabilidad, costos, innovaciones de proyecto tecnológicas, 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 Conocimiento para construir un modelo espacial. El modelo está diseñado para ofrecer un efectivo conocimiento geometálurgico de geometalurgia teniendo en cuenta aspectos esenciales en todas las fases operativas de la producción del yacimiento de acero, desde la producción en bruto del yacimiento hasta el producto final, centrándose en la mina, de mineral el procesamiento de minerales, la aglomeración y las plantas siderúrgicas. Además de la caracterización química, se deben llevar a cabo estudios mineralógicos y microestructurales de la extracción de testigos mediante microscopia óptica principalmente y otras técnicas auxiliares de análisis. Como una primera aproximación a una clasificación industrial de minerales de hierro, se sugiere una nomenclatura basada en la mineralogía dominante. También es esencial desarrollar una caracterización tecnológica en escala de laboratorio y, a veces incluso a escala piloto (muestras de mezclas) de las muestras de extracción de testigos. El uso adecuado de herramientas 3D y un conocimiento avanzado de geoestadística es esencial para obtener un eficaz modelo geometalúrgico del cuerpo del mineral. Los atributos geometalúrgicos clave deben ser espacialmente modelados utilizando estimaciones válidas de estos parámetros con el fin de extraer 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 Metodología y cuantitativa de partículas de minerales y aglomerados (desde la producción en bruto del yacimiento, finos de la caracterización de mineral de hierro naturales, concentrados, finos para sinterización, finos para peletización, mineral de de materiales hierro 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 definirse para cada fase operativa (molienda, flotación, aglomeración y tecnológicos fría y caliente, procedimientos físicos, 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 esencial para la caracterización geometalúrgica (producción bruta del yacimiento, finos de mineral de hierro naturales, concentrados, finos para sinterización, finos para peletización, mineral de hierro calibrado y aglomerados). Es importante asegurarse que todos los tipos de materiales utilizados en los estudios geometalúrgicos están correctamente muestreados.

7. Es esencial entender la importancia de las playas de almacenamiento de materias primas para la Máxima aglomeración y las plantas de reducción. Es necesario y vital desarrollar una metodología adecuada y un atención para el sistema de control eficaz 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 y minerales. Asimismo, se deben considerar criterios geometalúrgicos para mezclar diferentes tipos de homogenización minerales y materias primas. Éste es un punto clave para controlar la variabilidad de los minerales y agregar de minerales valor a estos materiales.

objetivo de desarrollar la mejor relación económica y técnica con los procesos industriales posteriores. El enfoque geo-metalúrgico se desarrolla con el fin de caracterizar la variabilidad del yacimiento de mineral, maximizar el valor actual neto, minimizar el riesgo, clasificar los tipos de mineral del yacimiento, evaluar su calidad intrínseca, disminuir la variabilidad de re-sultados industriales y optimizar las plan-tas de procesamiento de minerales y los procesos metalúrgicos industriales [8-14].

Es esencial entender la variabilidad y la calidad geometalúrgica de las materias

primas para los procesos de aglome-ración y reducción. Debería contribuir a obtener un funcionamiento estable de los reactores metalúrgicos (alto horno, Corex, Midrex, HyL III, etc.) y de los pro-cesos de aglomeración (sinterización y peletización) y llevar a una mejora en el rendimiento operativo, energético y productivo. Por lo tanto, para lograr un eficiente control en el proceso de reduc-ción, peletización y sinterización, algu-nas consideraciones importantes a tener en cuenta para lograr una geometalurgia satisfactoria se presentan en el Cuadro 2.

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

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Pasos Descripción Foco

8. Dentro de las plantas industriales, se recomienda especial atención a los siguientes factores críticos: Factores críticos tamizado de minerales, clasificación granulométrica del fino de mineral de hierro, distribución de la carga, (dentro segregación granulométrica, sistemas de pesaje de las materias primas, métodos de operación, de las plantas automatización 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 tratamiento contracorriente, donde el mineral de hierro calibrado se dirige hacia abajo y los gases calientes, generados térmico del mineral por el proceso, fluyen hacia arriba. Como resultado de esta tecnología, existe una mejora significativa en las calibrado para uso operaciones para el tamizado del mineral y la distribución de la carga en los altos hornos. Además, existe en reactores una fuerte disminución de la intensidad de crepitación. Como principal consecuencia, es posible aumentar de reducción la productividad del reactor metalúrgico y disminuir el consumo de combustible.

10. Definición de una estratégica y continua planificación de experimentos geometalúrgicos (escala de Base de datos laboratorio, piloto e industrial utilizando diferentes factores y niveles) con el objetivo de construir el geometalúrgica conocimiento geometalúrgico y la base de datos geometalúrgica aplicada a los procesos de aglomeración aplicada a los y reducción. Es importante adoptar un sistema integrado y continuo de estudios geometalúrgicos. También procesos de se deben considerar modelos físicos y matemáticos. La comprensión de la «investigación aplicada» es aglomeración extremadamente importante. y reducción

11. Se recomienda una estrecha cooperación técnica entre las industrias y las universidades sobre los estudios Cooperación geometalúrgicos, que involucre cursos de posgrado, servicios técnicos, investigaciones científicas, técnica entre capacitación continua, campo de trabajo de los cursos de grado, estudios de iniciación científicos para industrias estudiantes de grado, laboratorios de usos múltiples y cooperación internacional. y universidades

12. 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 en cuenta para analizar la calidad intrínseca del fino de mineral de hierro empleado en los procesos de sinterización y pele-tización, tales como la composición quí-mica, los parámetros granulométricos, la superficie específica, la porosidad, la capacidad de aglomeración fría, etc., así como las variables del proceso y su in-fluencia en la calidad del producto final aglomerado [15-21].

Otros estudios en la literatura han dis-cutido la importancia y la relación entre las características microestructurales y mineralógicas y la eficiencia de las eta-pas frías y calientes de aglomeración de los minerales de hierro en el proceso de sinterización [22-26]. El tamaño, la forma y la distribución de los cristales y los po-ros de los minerales, entre otros factores, influyen en la reducibilidad de sinteriza-dos [24]. El mineral goethítico posee un efecto notable en la estructura de la par-te de fusión del sinter, que influye en la formación de calcioferrita, escoria vítrea y porosidad, que a su vez controlan los parámetros metalúrgicos y mecánicos tales como la reducibilidad, resistencia y RDI, etc. [27]. El mineral limonítico tiene influencia en la temperatura de fusión de las partículas adherentes [28]. La elec-ción adecuada en términos de tamaño de 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 afecta la relación entre la fase líquida y los núcleos durante la sinterización [25]. La intensi-dad de la degradación granulométrica de sinterizados durante la reducción a bajas temperaturas está fuertemente influencia-da por sus componentes microestructu-rales [21]. El tipo de sílice y su partición en la distribución del tamaño de granos de la matriz de finos para sinterización (partículas adherentes, intermedias y nu-cleantes) influyen en los parámetros del proceso de sinterización y en las propie-dades metalúrgicas y físicas del aglome-rado de mineral de hierro [29].

La importancia de los parámetros mine-ralógicos de finos de mineral de hierro que se utilizan en el proceso industrial de peletizado también se ha estudiado [30-32] en diferentes contribuciones. Asi-mismo, se ha estudiado el uso y el ren-dimiento de los diferentes tipos de fino de mineral de hierro como son la espe-cularita y martita en algunas etapas del proceso de concentración, preparación y peletización [33-36].

Los estudios [9, 11, 37-38] han mostrado que diversos tipos de mineral de hierro calibrado y mineral aglomerado utilizados en los procesos de reducción poseen ca-racterísticas relacionadas con la microes-tructura, la mineralogía y la estructura. Se ha estudiado el examen microscópico así como el comportamiento de algunos minerales de hierro calibrados de Brasil (Cuadrilátero Ferrífero) como carga en los mini altos hornos con respecto a los aspectos operativos. Estos minerales

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

Los minerales que constituyen el grupo I son esencialmente martíticos con un contenido bajo de ganga, en general, de naturaleza compacta y a veces poroso ya que contienen esencialmente hematita en forma de martita con cantidades va-riables de magnetita. Estos minerales tie-nen cristales compactos, con contornos irregulares; el tamaño es del orden de 30 µm a 40 µm, con poros intergranulares. El uso de este tipo de mineral como carga en los mini altos hornos ha dado exce-lentes resultados en términos operativos.

Los minerales clasificados en el grupo II contienen básicamente hematita especu-lar y granular con baja ganga y alto grado de reflexión 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 interfase de contacto que se caracteriza por tener aparentemente líneas rectas. La expe-riencia con este tipo de mineral como carga en algunos de los mini altos hornos demostró en general una baja productivi-dad y un alto consumo de combustible. Estos minerales se utilizan normalmente en la producción de arrabio especial con bajos niveles de fósforo, necesario para la producción de fundición nodular.

Los minerales que forman el grupo III poseen un alto contenido de ganga y un alto grado de hidratación, son compac-tos y porosos. Se caracterizan por dos tipos de estructuras, una compuesta predominantemente por martita, con las mismas características de los minerales

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

Debido a la gran variedad de finos de mineral de hierro para uso en los procesos industriales, así como también los problemas actuales asociados con la planificación de las minas, los recursos minerales, el procesamiento del mineral, la aglomeración, la reducción y la demanda del mercado, se ha vuelto extremadamente importante la implementación 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 específicos 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 3 Parámetros recomendados para evaluar la calidad intrínseca de los minerales utilizados en el proceso de peletizado

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Influencia en el peletizado y en el con los pélets cocidos proceso de reducción

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, porosidad, Consumo de energía y productividad de partículas cuantitativa de las fases reducibilidad, índice de (molienda, horno de pélets y reactor presentes y de la ganga por degradación por reducción de reducción), rendimiento de flotación, microscopia óptica con la a baja temperatura (RDI en calidad física de pélets verdes y calidad ayuda de la difracción de inglés), resistencia mecánica, química, física y metalúrgica del pélet rayos X y microsonda parámetros de ablandamiento cocido. electrónica. y fusión.

Tamaño de los cristales Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía y productividad de hematita (martita, ocurre más frecuentemente (molienda y reactor de reducción), especularita y hematita en la distribución de calidad física y metalúrgica del pélet granular) frecuencias) y distribución cocido. de tamaño por microscopia óptica.

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

Parámetros convencionales: Área específica de análisis de Porosidad, reducibilidad, Consumo de energía y productividad análisis de Fisher o Blaine Fisher o Blaine y granulometría índice de degradación por (molienda, horno de pélets y reactor de y granulometría por tamizado y granulometría reducción a baja temperatura reducción), calidad física de pélets láser (%-100 malla, %-100 malla (RDI en inglés), resistencia verdes y calidad física y metalúrgica +325 malla, %-325 malla y mecánica, parámetros de de pélets cocidos. % lodo). ablandamiento y fusión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico tradicional de Algunas fases del mineral que Calidad química, física y metalúrgica la 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 física, comportamiento de la mezcla y escala piloto química y metalúrgica del de minerales en el peletizado mineral sinterizado a escala y el pélet cocido en los de laboratorio. reactores de reducción.

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

Diversas características se toman en cuenta para analizar la calidad intrínseca del fino de mineral de hierro empleado

en los procesos de sinterización y peletización.

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

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Influencia en el sinterizado y en el con el sinter proceso de reducción

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, porosidad, Consumo de energía, productividad de partículas adherentes, cuantitativa de las fases reducibilidad, índice de y calidad del sinter. intermedias y nucleantes presentes y de la ganga por degradación por reducción microscopia óptica con la a baja temperatura (RDI en ayuda de la difracción de rayos inglés), resistencia, parámetros X y microsonda electrónica. de ablandamiento y fusión.

Tamaño de los cristales Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía y calidad de las partículas adherentes, ocurre más frecuentemente en metalúrgica del sinter. intermedias y nucleantes la distribución de frecuencias) y distribución de tamaño por microscopia óptica.

Estructura de partículas Evaluación por microscopia Reducibilidad, índice de Calidad física y metalúrgica del sinter. nucleantes óptica. degradación por reducción a baja temperatura (RDI en inglés)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 finos para microscopia óptica y electrónica degradación por reducción calidad metalúrgica y física del sinterizado. sinterización de barrido (SEM en inglés). a baja temperatura (RDI en La partición se evalúa por inglés), reducibilidad, análisis «granuloquímico». parámetros de ablandamiento y fusión.

Grado de liberación de sílice Grado de liberación (%) Resistencia. Calidad física del sinter. de sílice (o cuarzo) en diferentes tamaños de grano de la matriz de finos 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, productividad nucleantes, adherentes óptica (en ocasiones por y calidad metalúrgica del sinter. e intermedias y tipo de microscopia electrónica). superficie de las partículas

Porosidad total, distribución, Porosidad, tamaño, tipo y forma Reducibilidad, índice de Consumo de energía, productividad forma y tamaño de los poros de los poros por microscopia degradación por reducción y calidad metalúrgica y física del sinter. de las partículas nucleantes, óptica y porosímetro. a baja temperatura (RDI en adherentes e intermedias inglés), resistencia, parámetros de ablandamiento y fusión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico de los Resistencia, índice de Consumo de energía y calidad de la matriz de finos para diferentes tamaños de grano degradación por reducción metalúrgica y física del sinter. sinterización de la matriz de finos 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 fusión. -0,3 mm +0,105 mm, -0,105 mm).

Granulometría Análisis químico tradicional de Resistencia. Productividad y calidad física del sinter. la muestra y de cada tamaño de 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 física del sinter.de las partículas adherentes/ partículas adherentes/nucleantes degradación por reducciónnucleantes por análisis granulométrico. a baja temperatura (RDI en inglés), resistencia, parámetros de ablandamiento y fusión.

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 física, química y metalúrgica de minerales durante la del mineral sinterizado a escala sinterización y el mineral de laboratorio. sinterizado en los reactores de reducción.

materia prima

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

Parámetro de control Descripción Características relacionadas Influencia en el proceso de reducción con el mineral calibrado

Componentes mineralógicos Caracterización mineralógica Microestructura, estructura, Consumo de energía, productividad, de partículas cuantitativa de las fases porosidad, reducibilidad, índice calidad física y metalúrgica del mineral presentes por microscopia de degradación por reducción calibrado. óptica con la ayuda de la a baja temperatura (RDI en difracción de rayos X inglés), resistencia, parámetros y microsonda electrónica. de ablandamiento y fusión.

Tamaño de cristales de Valor del modo (valor que Reducibilidad. Consumo de energía, productividad, hematita (martita, especularita ocurre más frecuentemente calidad física y metalúrgica del mineral y hematita granular) en la distribución de calibrado. frecuencias) y distribución de tamaño por microscopia óptica.

Porosidad Porosidad total, tamaño Reducibilidad, índice de Consumo de energía, productividad, promedio del poro, tipo y forma degradación por reducción calidad física y metalúrgica del mineral de poros por microscopia a baja temperatura (RDI en calibrado y del hierro esponja óptica. inglés), resistencia, parámetros y briqueteado). de ablandamiento y fusión.

Análisis «granuloquímico» Análisis químico tradicional Algunas fases del mineral Calidad química, física y metalúrgica de 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 pérdida de calcinación).

Grado de liberación de sílice Grado de liberación (%) de Reducibilidad. Consumo de energía, productividad, sílice (o cuarzo) en diferentes calidad física y metalúrgica del mineral tamaños de grano del mineral calibrado. calibrado.

Ensayos tecnológicos a escala Caracterización física Necesario para predecir el Parámetros de proceso. de laboratorio y metalúrgica del mineral comportamiento del mineral calibrado. calibrado y de las mezclas en los reactores de reducción.

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

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Conclusiones

Una gran cantidad de categorías de mi-nerales de hierro y diferentes mezclas de minerales se pueden utilizar en los procesos pirometalúrgicos. Minerales de diferentes minas (o incluso de la misma mina) poseen diferentes componentes mineralógicos y microestructuras debi-do al metamorfismo, tectonismo y ero-sión durante los tiempos geológicos. En consecuencia, estos minerales muestran un comportamiento diferente durante los procesos fríos y calientes de aglomera-ción así como también en los reactores de reducción. Existe una variabilidad con-tinua en términos de calidad del mineral y poco conocimiento acerca del impacto económico y técnico en todos estos pro-cesos.

En cuanto al aporte de la geometalurgia para los procesos de aglomeración y reducción existe en general una falta de intercambio de información entre las em-presas mineras y las industrias metalúrgi-cas. Sin embargo, esto se está rectifica-do con el conocimiento de geometalurgia que está ganando importancia como un área de investigación interdisciplinaria en las universidades, centros de investiga-ción y dichas industrias.

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Minerales de diferentes minas (o incluso de la misma mina) poseen diferentes componentes mineralógicos y microestructuras debido al metamorfismo, tectonismo y erosión durante los tiempos geológicos.

materia prima

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