AGLOMERACIÓN

UNIVERSIDAD DE SONORADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y

METALURGICA

Pirometalurgía

Hermosillo, Sonora. 24 de Febrero de 2014

Alumnos:Felix Felix YeseniaLopez Zambrano Michell

Con el propósito de aprovechar los finos de un mineral en proceso, se debe acudir al un método conocido como aglomeración.

La aglomeración es un proceso mediante el cual materiales finos se transforman en terrones mas gruesos con el fin de facilitar las características del procesamiento, manipulación y transporte. Esto es producto de humedecer el mineral con líquido, hasta alcanzar un contenido de líquido que origine una tensión superficial suficiente, para que al colisionar las partículas entre sí, los finos se adhieran a los tamaños gruesos.Aglomeración

Aplicaciones:a)

• Minerales muy pulverulentos que no pueden ser cargados directamente en los altos hornos porque obstruyen el paso de los gases.

• Los polvos y partículas de mineral de tamaño inferior a 10 mm que quedan como residuo luego de la trituración de minerales.

• Los polvos que escapan por el tragante de los altos hornos.

• La cascarilla obtenida en los trenes de laminación y otros residuos como virutas, etc.

• Disminuir el peligro de manipulación.

• Facilitar el transporte de almacenamiento

b)

• Algunos minerales cuya riqueza en la naturaleza es muy baja (25 a 35% por ej.) y que para ser concentrados deben ser triturados hasta el tamaño de partículas muy finas imposibilitando su carga en el alto horno porque de esta forma obstruyen el paso de los gases.

• Ciertos minerales que contienen cantidades relativamente importantes de azufre en forma de pirita de hierro. Por este tratamiento se consigue eliminar una parte importante del azufre que contienen y se realiza la aglomeración de las partículas.

SinterizadoBriquetadoNodulizado Peletizado

Tipos de aglomeración

Nodulización o Nodulizado

El nodulizado se emplea para aglomerar materiales finos y polvos que escapan por el tragante de los altos hornos, por medio de una fusión incipiente. Los materiales se mueven a través de un horno rotatorio formando nódulos.En este proceso, relativamente sencillo, se emplean hornos circulares rotatorios de gran longitud (60 m aproximadamente) y unos 3 m de diámetro, similares a los usados en la industria del cemento.

Imagen 1.1 Proceso de Nodulización.

En esos hornos se somete al mineral a la acción combinada del giro del horno y de altas temperaturas. Así se consigue aglomerar los minerales formando bolitas de resistencia, porosidad y tamaño adecuado para cargarlos directamente en el alto horno.

Se puede utilizar cualquier clase de combustible para calentar el horno pero generalmente se realiza el calentamiento con gas de alto horno que es un combustible barato y en ocasiones sobra en las grandes plantas siderúrgicas.

Entre sus ventajas se destacan la simplicidad del proceso y la posibilidad de utilizar partículas de tamaño muy variable. A pesar de ésto, en la actualidad es un método poco utilizado.

VentajasUna de las principales desventajas del proceso es la formación de anillos en el horno por la adherencia del polvo a las paredes que dificultan, en ocasiones, el avance del mineral. Esto exige la parada y rotura de esos anillos para conservar la forma cilíndrica del horno, que es necesaria, para el ordenado avance de los minerales en su interior.

Desventajas

Es el método más simple de aglomeración de minerales, consiste en transformar los finos o polvos de mineral en briquetas por simple prensado (presiones muy altas), sin empleo de calor y sin que el mineral sufra en el proceso ninguna transformación química.

Para la fabricación de briquetas se utilizan prensas de gran potencia.

Briquetado

Imagen 1.2 Ejemplo de briquetas distinto tamaño y material.

Ventajas• Reducción de coste de

transporte y manipulación derivada directamente de la reducción del volumen de la viruta. 

• Económico.• La optimización del proceso de

reciclaje o refundido debido a la gran compacidad de la viruta después del briquetado.

Imagen 1.3 Obtención de briquetas a partir de finos de Carbón.

• La sinterización es una operación metalúrgica simple, que se origina de una semi-fusión producida por el calor generado de la combustión de un combustible sólido agregado a la mezcla de finos de mineral, dando lugar a una masa porosa llamada "sinter“.

• Consiste en aglomerar a elevada temperatura el polvo y las pequeñas partículas de mineral.

• El concentrado de mineral, o mineral de hierro desmenuzado, se mezcla con polvo del tragante, menudos de coque y caliza, se humedece y carga en la instalación de sinterización, comenzándose la combustión y se transforma en producto.

Sinterizado

Imagen 1.4 Sinterizado

Nota: Para Obtener un buen Sinterizado.El problema principal de la carga es la elección del tamaño óptimo de los

materiales y el grado de su humedecimiento, necesarios para crear una buena permeabilidad al gas en la carga. Ella asegura la producción de un aglomerado poroso y resistente. Siendo deficiente la permeabilidad al gas, la cantidad de aire que ingresa a la zona de combustión llega a ser insuficiente, la combustión iniciada transcurre con poca intensidad e incluso puede interrumpirse del todo. El calor que se desprende será insuficiente para crear la fase líquida y no se formará aglomerado.

Una gran cantidad de fracciones pequeñas disminuye los pasos para los gases,

cuanto mayor es la cantidad de trozos grandes, tanto más grandes son las cavidades entre los granos y como consecuencia mejora la permeabilidad al gas. Con el humedecimiento se crean grumos en la carga, sin embargo, la elevación de la humedad por encima de cierto limite provoca la destrucción de los grúmos formados y la reducción de la permeabilidad al gas. La cantidad de humedad añadida depende de las propiedades físicas de la carga. Para los minerales densos se requiere menos humedad que para los blandos.

Imagen 1.6 Maquina de Dwight Lloyd. La sinterización del aglomerado se realiza en instalaciones de cinta). La parte principal de la instalación es la cinta sin fin compuesta de carros (bandejas). El desplazamiento se logra mediante un par de ruedas dentadas conductoras, las cuales enganchan con los dientes la bandeja por abajo, la empujan hacia arriba y la siguen empujando. En la instalación hay varias tolvas donde se cargan minerales de diversas calidades el combustible y la caliza. Todas esas materias, si es necesario, se trituran y se criban para conseguir los tamaños adecuados. Luego se mezclan controlando que queden en las proporciones adecuadas y la conveniente humedad.

Imagen 1.7 Producto de sinter, diámetro de bola de 2 in.

La sinterización de óxido • En los concentrados de óxido de sinterización, un combustible

debe ser añadido a la mezcla de óxido de modo que cuando se quema va a producir el calor necesario para promover el proceso de aglomeración. La sinterización de óxido de hierro es un ejemplo de este proceso.

• Para la preparación de la carga a sinterizar se debe efectuar la dosificación adecuada de los constituyentes del sinter: mineral de fierro, combustible sólido, fundentes y subproductos de recirculación de las propias plantas siderúrgicas (escorias, polvo y lodos).

Estos materiales pasan a las pilas de homogeneizado para disminuir su variación y de ahí a la planta para su humectación y nodulizado, hasta obtener una mezcla de micronódulos permeables, que permita el flujo de aire a través del lecho durante el sinterizado.

• Preparada la mezcla, se deposita en una gruesa capa ó "cama" de un espesor que varía de 30 a 60 cm sobre la parrilla o cadena de sinterización, donde realiza por la parte superior el encendido del combustible sólido contenido en la mezcla mediante una campana de encendido provisto de quemadores a gas.

• Por consiguiente a combustión se propaga de la parte superior a las capas de la parte inferior , por la aspiración (succión) de aire realizado mediante un abanico que origina una depresión por debajo de la. Cuando la combustión del coque alcanza la parte inferior de la parrilla, la operación se considera finalizada.

La sinterización Sulfuro• La sinterización de los concentrados de sulfuro es autógena

es decir sin combustible agregado, el azufre en el material de carga es el combustible. Un ejemplo de la aglomeración de sulfuro es de sinterización sulfuro de plomo.

• La sinterización de los concentrados de sulfuro de plomo es en realidad un proceso de tostado y aglomeración. Sulfuro de plomo se oxida, se forman PbO y PbSO4 , se libera calor y se produce un material adecuado para el alto horno.

• Las temperaturas alcanzan aproximadamente 1000 º C y se controlan mediante la limitación del contenido de azufre en la mezcla de sinterización.

• El premezclado de los componentes antes de la sinterización es importante.

Peletización• La peletización sirve para aglomerar materias primas finamente

granuladas obteniéndose un producto esférico, llamado "pellets" que posee propiedades físicas y químicas ajustables al requerimiento de los distintos procesos y condiciones de manipuleo.

• El material es sometido a un calentamiento o quemado para que adquiera las propiedades de dureza, estabilidad para su uso en el alto horno.

• La molienda fina permite la formación de esferas de fierro, siguiendo el principio de la bola de nieve, que a medida que rueda en un plano inclinado atrapa partículas finas. Estas esferas de fierro aglutinadas por la cohesión del agua y aditivos, son alimentadas a hornos de cocimiento, donde se les da un tratamiento térmico apropiado para endurecerlo y proporcionar la propiedades fisicoquímicas para el manejo y consumo en el alto horno.

Preparación del polvo de mineral a la granulometría adecuada.

Fabricación en verde con un cierto grado de humedad de las bolitas o pellets para la formación de pellets verdes, los granos son humedecidos con un liquido (generalmente agua) y luego se lo hace pasar entre rodillos, debido a la influencia de las fuerzas de tensión capilar existentes entre las partículas a través de uniones líquidas, las partículas se aglomeran durante el pasaje por los cilindros para formar las bolas. Los pellets verdes tienen baja resistencia y por lo tanto deben ser endurecidos.

Endurecimiento de los pellets a temperaturas muy elevadas para obtener bolas de porosidad adecuada y suficientemente duras y resistentes para su manutención, transporte y tratamiento en el alto horno.

El proceso de peletización consta de tres fases principales.

Preparación de Pelets crudos: 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 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.

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. aglomeración en forma de bolitas.

La peletización se puede realizar en tres clases de instalaciones diferentes:

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.

Platillos • Se utilizan platillos inclinados de unos 7 m de diámetro que giran alrededor de su eje.

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.

Endurecimiento de 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.

Procesos de Peletización 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 • Es un horno alto de forma rectangular con revestimiento refractario, equipado

con cámaras de combustión externas.• 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.

Imagen 1.8 Horno de Cuba.

Horno de parrilla recta • 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 rendimiento térmico es muy bueno por el aprovechamiento del calor sensible de los gases, pero el reciclado obliga a usar una alta tecnología, constituída por varios ventiladores, conductos de gas y sistema de regulación a lo que se suman los gastos de mantenimiento y energía eléctrica. Son comunes instalaciones de 3 millones de toneladas anuales.

Imagen 1.9 Horno de Parrilla Recta.

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.

Imagen 1.10 Parrilla Circular.

Grate KilnEl proceso de endurecimiento se efectúa en tres equipos

sucesivos:· La parrilla horizontal · El horno rotativo · El enfriador anular La parrilla horizontal efectúa las funciones de secado y

precalentado de los pellets verdes depositados en capas. 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.

En la última etapa del proceso se tiene el enfriador anular

Comparación de sistemas:

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