ramirez capítulo i
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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA
RIF: J-00066762-4 METALURGIA
CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE UN MINERAL DE HIERRO LIMONÍTICO, EN EL LABORATORIO DE
ARENAS DE FUNDACIÓN LA SALLE
EDWARD RAMÍREZ
SAN FÉLIX, ABRIL 2013
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA
RIF: J-00066762-4 METALURGIA
CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE UN MINERAL DE HIERRO LIMONÍTICO, EN EL LABORATORIO DE
ARENAS DE FUNDACIÓN LA SALLE
Trabajo especial de grado presentado para optar al título de Técnico Superior Universitario en la especialidad de Metalurgia
EDWARD RAMÍREZ
SAN FÉLIX, ABRIL 2013
INTRODUCCIÓN
La minería en Venezuela actualmente esta relativamente desarrollada y
diversificada, pero en termino de ganancias se encuentra polarizada, especialmente
con el mineral de hierro y bauxita. La explotación por décadas a hecho que se agote el
mineral de hierro de alto tenor, por lo que la caracterización de nuevos minerales se
convierte en una prioridad para las empresas del estado que procesan y consumen esta
materia prima a fin de producir acero. La limonita es un mineral con contenidos de
hierro total cercanos al 65 por ciento, lo que lo hace útil para ser beneficiado a nivel
industrial y poder suplir a la industria siderometalúrgica.
En el siguiente trabajo se caracterizaran las propiedades fisicoquímicas de un
mineral de hierro limonitico, en el Laboratorio de Arenas de Fundación La Salle. Para
ello se realizará una investigación descriptiva y aplicada, a fin de conocer las
propiedades fisicoquímicas que presenta este tipo de mineral de hierro y los procesos
aplicados para su caracterización; se utilizará un diseño de campo, basado en ensayos
de carácter fisicoquímicos, y la observación directa, revisión documental y entrevista
estructurada, para alcanzar el logro del objetivo general.
La investigación esta estructurada en 4 capítulos, el primero presenta el
planteamiento del problema, objetivo general, objetivos específicos y la delimitación
del problema. El capítulo 2, Marco Teórico, muestra los antecedentes de la empresa,
y de la investigación, el marco referencial y el marco conceptual. El capítulo 3,
Marco Metodológico, señala el tipo y diseño de investigación, las técnicas e
instrumentos de recolección de datos, el sistema de variables y la forma de
presentación de los resultados. Por ultimo, el capítulo 4, Resultados, donde se
desarrollan cada uno de los objetivos específicos. A continuación se muestran las
conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema
La producción mundial de mineral de hierro en 2011 creció un 4,7 por ciento en
comparación con el año precedente y alcanzó un volumen récord de 1.920 millones
de toneladas. La producción global de acero inoxidable aumentó 3,3 por ciento y
alcanzó una cifra máxima de 32 millones de toneladas. Puesto que la producción de
acero se deriva de la obtención de mineral de hierro, es imperativo mantener las
fuentes o lograr nuevos depósitos donde se consiga este mineral para su extracción y
comercialización.
En Venezuela el mineral de hierro se localiza en un área denominada «distrito
ferrífero de Guayana», el cual posee 80 km de ancho por 500 km de largo. En este
distrito se ubican los yacimientos de hierro de mayor importancia, tanto por su
contribución en la producción actual como por sus inmensas potencialidades. Las
reservas probadas de mineral de hierro en Venezuela alcanzaban un volumen de
2.100 millones de toneladas métricas para el año 1985. Sin embargo, actualmente han
mermado debido al consumo interno y exportación, lo que hace que se busquen
nuevas fuentes del mismo.
La limonita es una mezcla de minerales del grupo IV (óxidos), según la
clasificación Strunz. Su fórmula general es FeO(OH)∙nH2O. No obstante, en la
actualidad el término se usa para designar óxidos e hidróxidos masivos de hierro sin
identificar que carecen de cristales visibles y tienen raya parda amarillenta. La
limonita es normalmente el mineral goethita, pero puede consistir también en
proporciones variables de magnetita, hematitas, lepidocrocita, hisingerita, petticita,
jarosita, entre otros. Este es un material muy común en zonas oxidadas con depósitos
con minerales de hierro. Se origina por la descomposición de muchos minerales de
hierro, especialmente la pirita. Uso: antaño se extraía el tinte amarillo de este mineral,
el llamado ocre. Además es una importante mena del hierro, extraída en las minas con
este fin.
Fundación La Salle es una fundación sin fines de lucro que atiende a una
población estudiantil a nivel superior con el fin de preparar en diversas ramas técnicas
tales como. En el área industrial las carreras de Metalurgia, Mecánica, Electricidad y
Seguridad Industrial, para tales efectos dentro de sus instalaciones se encuentran
diversos espacios donde se imparten conocimientos de las diferentes asignaturas. En
ciertas cátedras como lo es el caso de fisicoquímica, metalurgia, física, entre otras;
cuentan con ensayos en laboratorios sobre diferentes objetivos, permitiendo así al
estudiantado a la adquisición de conocimientos prácticos, que lo ayuden en un área de
trabajo.
Todos los minerales suelen hallarse en la naturaleza mezclados en mayor o menos
proporción de substancias extrañas (rocas, piedras, tierra) denominadas ganga. Para
separar el metal de la ganga se necesitan varias operaciones según la mina de que se
trata y el porcentaje de metal que contiene. Generalmente, antes de introducir el
mineral en los hornos, se somete a un tratamiento que contribuye a obtener las
características deseadas, con el fin de un mejor aprovechamiento. La conminación
mediante la ayuda de martillos mecanices conocidos como chancadoras o trituradoras
primarias, de potentes mandíbulas con la cual se tritura el mineral reduciéndolo a
trozos casi uniformes. La selección se hace generalmente con cribas incluidas que se
mueven sacudidas. Así se agrupan los trozos de mineral según su tamaño y según su
riqueza, ya que el más rico en metal, como más pesado, para primero por las cribas.
El lavado se efectúa también sobre las cribas en movimiento, mediante un chorro
fuerte de agua que libra el mineral de su parte terrosa.
La problemática de esta investigación se genera por el alto contenido de impurezas
(fósforo, sílice y bauxitas) en las reservas minerales de hierro de alto tenor y bajo
tenor, que han sido objeto de estudios recientes o de las menas que se están agotando.
Para C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. se ha convertido en los últimos años en uno
de sus lineamientos de calidad, razón por la cual ha sustentado importantes
investigaciones e inversiones para el beneficio económico de millones de toneladas
métricas de reservas de mineral no conforme en contenido de estas impurezas para su
comercialización en el mercado nacional como internacional. Dichas investigaciones
han definido los parámetros afines a esta problemática y han propuesto y adaptado
ciertos mecanismos operativos a la solución de la misma, para el cumplimiento de las
especificaciones exigidas por sus clientes, así como la rentabilidad de dichas reservas,
tanto para la organización como para el ambiente. Las menas de limonita presentan
altos contenidos de hierro y baja ganga, por lo que la determinación de sus
características fisicoquímicas indicaran si pueden ser utilizadas apropiadamente, para
la producción de pellas y posteriormente, HRD, briquetas y acero.
Una de las causas de este problema, es el agotamiento natural de las reservas de
alto tenor, debido al consumo continuo y/o exportación, durante décadas de los cerros
donde se hallan presentes, tal como el cerro Bolívar, lo cual a generado una gran
entrada de divisas pero a disminuido la cantidad de mineral extraíble de cada
yacimiento. Además de dársele preferencia a las menas que presentan alto contenido
de óxidos (hematitas y magnetita) las cuales han sido explotadas, por ser más fácil de
tratar, concentrar y/o procesar, y a las bajas concentraciones de ganga en su
constitución. La realidad indica que ahora, deben utilizarse los depósitos de mineral
de diversas concentraciones de hierro, concentrarlos y explotarlos, para mantener la
producción de acero del país.
Las consecuencias directas son que deben caracterizarse los nuevos depósitos de
mineral de hierro y determinar si son o no explotables comercialmente. Si esto es así,
deben señalarse los parámetros que deben usarse para lograr mezclas adecuadas de
limonita con otros minerales de hierro, de diferente tenor o si debe ser llevada a la
Planta de Concentración de mineral de hierro, construida en Ciudad Piar. Además, su
explotación traería mayores divisas al país, por la diversificación de las características
litológicas del nuevo material vendido, el cual es de mayor tenor que el mineral
vendido actualmente.
De tal manera que si no se lleva a cabo este estudio no se conocerá la
caracterización fisicoquímica del mineral de hierro limonitico, no se sabría en que
ubicaciones se encuentra, que porcentaje de hierro y ganga tendría, ni las cantidades
presentes y si es explotable o no. La importancia de resolver esta problemática, es que
se podrían determinar algunas características fisicoquímicas del material estudiado y
tener idea del grado de explotación que podría tener. Una de las posibles soluciones a
esta falta de conocimientos será la realización de estos ensayos en el área de
metalurgia para que los estudiantes de dicha área cuenten con los conocimientos
adecuados a la hora de un ensayo de este tipo.
1.2 Objetivo general
Caracterizar las propiedades fisicoquímicas de un mineral de hierro limonitico, en
el Laboratorio de Arenas de Fundación La Salle.
1.2.1 Objetivos específicos
Describir los procesos fisicoquímicos aplicados para la caracterización de la
limonita.
Señalar las propiedades fisicoquímicos típicas del mineral de hierro limonita.
Indagar la opinión de los estudiantes, del área de metalurgia, sobre los procesos
fisicoquímicos realizados a un mineral de hierro y su caracterización.
Presentar las características fisicoquímicas y composición obtenidas del mineral
de hierro limonita, en el Laboratorio de Arenas de Fundación La Salle.
1.3 Delimitación del problema
Esta investigación será llevada a cabo en Fundación La Salle, Instituto
Universitario de Tecnología del Mar, Extensión Guayana, el cual se encuentra
ubicado en la carrera Alonso Herrera UD 104, San Félix Estado Bolívar, y el mismo
se basa en una caracterización fisicoquímica de un mineral de hierro limonita en el
Laboratorio de Arenas, y se realizara desde el mes de Noviembre de 2013 hasta el
mes de Julio de año 2013.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la institución
San Juan Bautista de la Salle, nació en 1651; él fue quien comenzó los primeros
trabajos de la investigación y éste crea las primeras escuelas cristianas, esto fue en
España en el siglo XVII. Esto fue motivación para el Sr. Pablo Mandase Soto
(Hermano Ginés), quien nació en el País Vasco-España en el año 1912 y llega a
Venezuela en el año 1939; es geólogo, biólogo y antropólogo. El 15 de mayo de 1940
un grupo de alumnos de la Salle de Caracas, bajo la dirección de su profesor el
Hermano Ginés, funda una agrupación dedicada al estudio científico de la naturaleza
de Venezuela, la sociedad de Ciencias Naturales La Salle que ya cumplió 64 años, es
el primer paso que conduce después a la creación de la fundación La Salle de
Ciencias Naturales, el 21 de agosto de 1957, tras la redacción del Acta de
Constitución de la Fundación La Salle de Ciencias Naturales.
Esta fecha queda escrita como el momento en que FLASA surge a la vida nacional
y a la historia del movimiento Lasallista, se nombra el primer directorio, constituido
por el Hermano Ginés Pablo Mandase, director fundador de la Sociedad de Ciencias
Naturales La Salle. En el año 1968La Fundación La Salle se hizo cargo del Instituto
La Salle creada 10 años atrás por el Hermano de las escuelas Cristianas. Desde el
principio puso en marcha un programa de estudio a nivel de bachilleres técnicos, al
mismo tiempo que mantenía el ya existente centro de aprendizaje industrial
organizado en colaboración con empresas locales.
En 1969, se crea el Liceo Técnico de Guayana en instalaciones que fueron
construidas por la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G). La Fundación La
Salle de Ciencias Naturales a través de su Campus de Guayana, se hizo cargo en la
década de los 70 del colegio que fundaba bajo la dirección de la Congregación de los
Hermanos de las Escuelas Cristianas. En colaboración el Instituto de Cooperación
Educativa (I.N.C.E), de la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G), y de un
convenio con las compañías Orinoco Mining Company y la Iron Mines Company of
Venezuela, se dio un impulso especial en el área industrial, dictándole cursos de
electricidad, así como también de mecánica.
Al mismo tiempo, en el año 1974, Fundación La Salle dirige su labor educativa a
formar bachilleres Técnicos Industriales en las menciones de Electricidad Industrial,
Maquinas-Herramientas, así como el Dibujo Técnico, a través de su escuela Técnica
Industrial, convertido en el Instituto Universitario de Tecnología de Guayana,
proporcionando la formación a nivel superior en las carreras de Electricidad,
Mecánica, Contabilidad y Finanzas, Metalurgia y Administración de Empresas, mas
tarde se agrega la especialidad de Seguridad Industrial, ambos Institutos brindan una
respuesta seria al complejo mundo industrial que se ha desarrollado en Guayana.
La formación que se imparte en los Institutos Educativos de Guayana, cuenta con
el apoyo de una dirección técnica encargada de coordinar la capacidad a través de
distintos talleres, los cuales se encuentran divididamente equipados, taller de
maquinas-herramientas, taller de dibujo diversificado, taller de dibujo básico,
metales, fundición, soldadura, automotriz, mecánica, secretariado comercial,
mecánica de mantenimiento y carpintería. El 21 de Agosto de 1957 se redacta el acta
de constitución de la Fundación la Salle de Ciencias Naturales.
Desde ese instante la historia de la Fundación se va cumpliendo, gracias al
conocimiento lo que dan la existencia y sentido, en que su trabajo y dedicación
contribuye a los nobles propósitos que animan a la institución. Durante días veinte y
veintitrés de enero se realizaron jornadas de inducción al personal docente que
prestaron sus servicios en el Instituto Universitario de Tecnología Industrial de
Extensión Guayana (IUTEMAR) en el estado Bolívar. Las mismas fueron
organizadas por la dirección de educación de la Fundación La Salle personal directivo
de los Institutos Educativos del Campus de Guayana y el servicio de orientación
integral (SOI). En 1968 la Fundación La Salle toma a su caro al Instituto La Salle de
San Félix, Estado Bolívar. Allí se inicia en forma, totalmente gratuita un programa
docente de índole técnico Industrial al nivel de bachillerato técnico.
Misión
Es ofrecer a la comunidad donde estamos inmersos, con preferencia a la
carenciada confianza y calidad en la investigación, educación y extensión-
producción, disponiendo para ello de un gran potencial humano y los recursos,
materiales necesarios para responder a los requerimientos locales y regionales,
relacionados con su desarrollo económico, social y cultural promoviendo formas
sostenibles de uso de los recursos naturales y el ambiente que garantice la calidad de
vida de las generaciones actuales.
Visión
Ser un campus capaz de dar una respuesta proactiva a la región Guayana en el
campo científico, educativo y extensión-producto, basado en los principios filosóficos
institucionales; para mejorar los aspectos mas trascendentes del ser humano y las
comunidades, acorde con el avance científico, tecnológico, bajo una gerencia de
elevada eficiencia, calidad y actividad innovadora en un clima de cordialidad,
exigencia y solidaridad.
Su política de calidad es formar y graduar técnicos Superiores en las
especialidades de Electricidad, Mecánica, Metalurgia, Seguridad Industrial,
Administración de Empresas, y Contabilidad y Finanzas, de forma integral y de la
mejor calidad. A través de un personal docente, directivo y administrativo altamente
calificado, de instalaciones y medios obstruccionares adecuados y actualizados,
manteniendo un clima organizacional armónico, soportando por los valores y
principios de Fundación la Salle, promoviendo una relación de apoyo a la comunidad
a través de las acciones de investigación, Extensión-Producción y sustentando el
ambiente donde se realiza sus actividades.
Coordinación de metalurgia
Esta coordinación se encuentra ubicada en el tecnológico de Fundación La Salle
allí se lleva a cabo todo lo relacionado con la carreras en sí. Cuenta con la
coordinación a cargos del Ingeniero Nicolás Villegas el cual lleva a su cargo toda la
planificación, evaluación y organización de todo lo concerniente a cada semestre. El
área de metalurgia cuenta con cuatro laboratorios y equipos para cada función
establecida; estos se encuentran identificados de la siguiente manera.
1. Laboratorio de Ensayos No Destructivos.
2. Laboratorio de Metalografía.
3. Laboratorio de Arenas.
4. Laboratorio de Físico-química.
5. Laboratorio de Fundiciones.
6. Laboratorio de Soldadura.
Organigrama estructural de Fundación la Salle (IUTEIN)
Fuente: Fundación La Salle
2.2 Antecedentes de la investigación
Este proyecto tiene como propósito realizar una caracterización físico química de
un mineral de hierro de limonita, en el Laboratorio de Arenas del Instituto
Universitario de Tecnología del Mar, de esta manera se contribuye con las
investigaciones relacionadas al tema, que refuercen el estudio de la materia y en la
expansión de las áreas de estudios de los minerales. Arias (2006) expresa: “Los
antecedentes reflejan los avances y el estado actual del conocimiento de un área
determinada y sirven de modelo o ejemplo para futuras investigaciones”. (Pág. 106).
Para complementar esta investigación se hallaron las siguientes referencias que tienen
relación con el estudio a desarrollar:
Para el año 2007, las Bachilleres Desiree Medina y Johanna Mina presentaron el
Trabajo de Grado titulado “Determinación de la granulometría del mineral de hierro
(Fe) usado en el proceso de peletización en el laboratorio de arena de FLASA”, para
obtener el título de Técnico Superior en la especialidad de Metalurgia, llegando a las
siguientes conclusiones:
Se llevó a cabo en el laboratorio de arena de FLASA la práctica del proceso de
peletización. Este proceso se realiza tomando en cuenta parámetros importantes
usados en los procesos industriales para la realización de pellas.
En general las relaciones existentes entre esta investigación y los proyectos
realizados con anterioridad relacionados con el tema, se basan en el estudio de
mineral de hierro, pellas y su caracterización.
2.3 Marco referencial
Los óxidos de hierro son uno de los compuestos más abundantes en la corteza
terrestre. A lo largo de la historia estos óxidos se han utilizado para diversas
aplicaciones, tanto en la industria siderúrgica como la no siderúrgica, lo cual ha
derivado en un profundo estudio de sus propiedades, dirigido principalmente a
potenciar su aplicación en la industria del cemento, pinturas, plásticos y papel, vidrio,
cerámica, abrasivos, cosmética, etc. Al respecto Tihor indica:
El mineral de hierro es el principal insumo para la fabricación de las pellas y la producción del Hierro de Reducción Directa (HRD) necesario en la obtención del acero. En Venezuela este insumo es suministrado por la empresa C.V.G. Ferrominera Orinoco (FMO), que se encarga de explorar y extraerlo de diferentes minas ubicadas en el Estado Bolívar. El mismo esta formado por minerales que presentan características estructurales diferentes, generando comportamientos distintos en los proceso de molienda, peletización y Reducción Directa. Pág. 1.
Actualmente la producción de mineral de hierro de Ferrominera del Cerro San
Isidro, Los Barrancos, Las Pailas y fosas abiertas se ha incrementado en un 7,6 por
ciento a alrededor de 18 Mt. Las reservas venezolanas totalizaron 14,657 mil millones
de toneladas (Gt) de mineral de hierro, de los cuales 4.184 Gt fue probado. De los
1.708 Gt de mineral de hierro de alta calidad, Los Barrancos tenía 318 Mt, San Isidro,
214 Mt, Cerro Bolívar, 182 Mt, Grupo Redondo, 165 Mt, y Altamira, 163 Mt.
La clasificación de los minerales de Hierro basada en criterios geológicos, de la
génesis, aporta informaciones útiles para la investigación geológica pero difícilmente
puede ser utilizada en la industria siderúrgica, en forma eficiente, para una
caracterización industrial, en virtud de la variedad de los fenómenos geológicos que
caracterizan las formaciones de los depósitos de estos minerales. Las características y
propiedades metalúrgicas de los minerales dependen de su mineralogía y, a su vez, del
origen geológico cuya relación con los procesos no está totalmente clara. Por eso es
necesario adoptar una caracterización tecnológica la cuál está basada en factores
adicionales. Para la caracterización industrial del hierro comercializado han propuesto
una clasificación basada en la mineralogía y la fábrica predominante.
En función de esta realidad se hace necesario conocer, identificar y clasificar las
características del mineral desde la mina, con miras a realizar una planificación que
esté orientada a predecir su comportamiento en los procesos siderúrgicos y de
concentración, basándose no solo en la calidad química, litológica y granulométrica
tradicionalmente establecida. Pocas veces se encuentra en la naturaleza en estado de
pureza, como por ejemplo en los meteoritos que lo contiene en un 90 por ciento. Son
abundantes en cambio los compuestos naturales o minerales de hierro, esparcidos
sobre la tierra a poca profundidad o en yacimientos montañosos. La mayor parte de los
minerales de hierro son óxidos, anhídridos y carbonatos. Bajo el punto de vista
industrial, solo los óxidos son aptos para la metalurgia.
El hierro, se encuentra unido a otros componentes, que no intervienen en el proceso
siderúrgico, llamados genéricamente “ganga”. Los principales minerales de hierro son:
Hematita (Fe2O3), óxido férrico, contiene hasta un 70 por ciento de Fe. Se presenta
en masas terrosas de color rojo.
Limonita (Fe2O3.3H2O), óxido férrico hidratado con un 60 por ciento de Fe, masa
terrosa de color variable del pardo al amarillo.
Magnetita (Fe3O4), óxido magnético, 70 por ciento de Fe, se lo llama piedra imán.
FeO(OH) (goethita).
Siderita (Fe CO3), carbonato ferroso, 48 por ciento de Fe, de color blanco.
Pirita (Fe2S), disulfuro de Fe, no se utiliza en la producción del acero.
Siderurgia
Se denomina siderurgia (del griego σìδερoς, síderos, “hierro”) a la técnica del
tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus
aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su
extracción en las minas. El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de
óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la
siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos. Los procesos básicos de
transformación son los siguientes:
Óxidos -> hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4)
Hidróxidos -> Limonita
Carbonatos -> Siderita o carbonato de hierro (FeCO3)
Estos minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales
contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la
ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su envío a
la siderurgia, existiendo principalmente dos métodos de separación:
Imantación: consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro
imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro
se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas, que
precipitan en un sector aparte. El inconveniente de este proceso
reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro
se encuentran en forma de hematita, la cual no es magnética.
Separación por densidad: se sumergen todas las rocas en
agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el
mineral de hierro. El inconveniente de este método es que el
mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso
siderúrgico.
Una vez realizada la separación, el mineral de hierro es llevado a
la planta siderúrgica donde será procesado para convertirlo
principalmente en arrabio y posteriormente en acero.
Siderurgias integrales y acerías
Se denominan siderurgia o siderurgia integral a una planta
industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir
del mineral de hierro, mientras que se denomina acería a una planta
industrial dedicada exclusivamente a la producción y elaboración de
acero partiendo de otro acero de hierro.
Proceso de producción
El acero es una aleación de hierro y carbono. Se produce en un
proceso de dos fases. Primero el mineral de hierro es reducido o
fundido con coque y piedra pómez, produciendo hierro fundido que
es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase como
hierro fundido. La segunda fase, la de aceración, tiene por objetivo
reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral
y eliminar las impurezas tales como azufre y fósforo, al mismo
tiempo que algunos elementos como manganeso, níquel, hierro o
vanadio son añadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el
tipo de acero demandado.
En las instalaciones de colada y laminación se convierte el acero
bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados
(gangas) o planos (flog) y posteriormente en perfiles o chapas,
laminadas en caliente o en frío.
Procesos en plantas integrales
Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para
la producción de acero en diferentes formatos.
Hornos de coque: obtener del carbón coque y gas.
Altos hornos: convertir el mineral en hierro fundido.
Acería: conversión del hierro fundido o el arrabio en acero.
Moldeado: producir grandes lingotes (tochos o grandes piezas de
fundición de acero)
Trenes de laminación desbastadores: reducir el tamaño de los
lingotes produciendo tochos y slabs.
Trenes de laminación de acabado: estructuras y chapas
calientes.
Trenes de laminación en frío: chapas y flejes.
Las materias primas para una planta integral son mineral de
hierro, caliza y coque. Estos materiales son cargados en capas
sucesivas y continuas en un alto horno donde la combustión del
carbón ayudada por soplado de aire y la presencia de caliza funde el
hierro contenido en el mineral, que se transforma en hierro líquido
con un alto contenido en carbono.
A intervalos, el hierro líquido acumulado en el alto horno es
transformado en lingotes de arrabio o llevado liquido directamente
en contenedores refractarios a las acerías. Históricamente el proceso
desarrollado por Henry Bessemer ha sido la estrella en la producción
económica de acero, pero actualmente ha sido superado en eficacia
por los procesos con soplado de oxígeno, especialmente los
procesos conocidos como Acerías LD.
El acero fundido puede seguir dos caminos: la colada continua o la
colada clásica. En la colada continua el acero fundido es colado en
grandes bloques de acero conocidos como tochos. Durante el
proceso de colada continua puede mejorarse la calidad del acero
mediante adiciones como, por ejemplo, aluminio, para que las
impurezas “floten” y salgan al final de la colada pudiéndose cortar al
final del último lingote que contiene las impurezas. La colada clásica
pasa por una fase intermedia que vierte el acero líquido en
lingoteras cuadradas o rectangulares (petacas) según sea el acero
se destine a producir perfiles o chapas. Estos lingotes deben ser
recalentados en hornos antes de ser laminados en trenes
desbastadores para obtener bloques cuadrados (bloms) para laminar
perfiles o planos rectangulares (slabs) para laminar chapas planas o
en bobinas pesadas.
Debido al coste de la energía y a los esfuerzos estructurales
asociados con el calentamiento y coladas de un alto horno, estas
instalaciones primarias deben operar en campañas de producción
continua de varios años de duración. Incluso durante periodos de
caída de la demanda de acero no es posible dejar que un alto horno
se enfríe, aún cuando son posibles ciertos ajustes de producción.
Las siderúrgicas integrales son rentables con una capacidad de
producción superior a los 2.000.000 de toneladas anuales y sus
productos finales son, generalmente, grandes secciones
estructurales, chapa pesada, redondos pesados, rieles de ferrocarril
y, en algunos casos, palanquillas y tubería pesada.
Un grave inconveniente ambiental asociado a las siderúrgicas
integrales es la contaminación producida por sus hornos de coque,
producto esencial para la reducción del mineral del hierro en el alto
horno.
Por otra parte, con el fin de reducir costes de producción las
plantas integrales pueden tener instalaciones complementarias
características de las acerías especializadas: hornos eléctricos,
coladas continuas, trenes de laminación comerciales o laminación en
frío.
La capacidad mundial de producción de acero en plantas
integrales está cerca de la demanda global así la competencia entre
los productores hace que sólo sean visibles los más eficaces. Sin
embargo. Debido al alto nivel de empleo de estas instalaciones, los
gobiernos a menudo las ayudan financieramente antes de correr el
riesgo de enfrentarse a miles de parados. Estas medidas llevan,
internacionalmente, a acusaciones de prácticas comerciales
incorrectas (dumping) y a conflictos entre países.
Procesos en acerías especializadas
Estas plantas son productoras secundarias de aceros comerciales
o plantas de producción de aceros especiales. Generalmente
obtienen el hierro del proceso de chatarra de acero, especialmente
de automóviles, y de subproductos como sinterizados o pellets de
hierro (HRD). Estos últimos son de mayor coste y menor rentabilidad
que la chatarra de acero por lo que su empleo se trata siempre de
reducir a cuando sea estrictamente necesario para lograr el tipo de
producto a conseguir por razones técnicas. Una acería especializada
debe tener un horno eléctrico y “cucharas” u hornos al vacío
(convertidores) para controlar la composición química del acero. El
acero líquido pasa a lingoteras ligeras o a coladas continuas para dar
forma sólida al acero fundido. También son necesarios hornos para
recalentar los lingotes y poder laminarlos.
Originalmente estas acerías fueron adoptadas para la producción
de grandes piezas fundidas (cigüeñas, grandes ejes, cilindros de
motores náuticos, etc.) que posteriormente se mecanizan, y para
productos laminados estructurales ligeros, tales como hierros
redondos de hormigonar, vigas, angulares, tuberías, rieles ligeros,
etc. A partir de los años 1980 el éxito en el moldeado directo de
barras en colada continua ha hecho productiva esta modalidad.
Actualmente estas plantas tienden a reducir su tamaño y
especializarse. Con frecuencia, con el fin de tener ventajas en los
menores costes laborales, se empiezan a construir acerías
especializadas en áreas que no tienen otras plantas de proceso de
aceros, orientándose a la fabricación de piezas para transportes,
construcción, estructuras metálicas, maquinaria, etc.
Las capacidades de estas plantas pueden alcanzar alrededor del
millón de toneladas anuales, siendo sus dimensiones más corrientes
en aceros comerciales o de bajas aleaciones del rango 200.000 a
400.000 toneladas anuales. Las plantas más antiguas y las de
producción de aceros con aleaciones especiales para herramientas y
similares pueden tener capacidades del orden de 50.000 toneladas
anuales o menores.
Dadas sus características técnicas, los hornos eléctricos pueden
arrancarse o parar con cierta facilidad lo que les permite trabajar 24
horas al día con alta demanda o cortar la producción cuando la
demanda cae.
La limonita
Es una mezcla de minerales del grupo IV (óxidos), según la
clasificación de Strunz. Su formula general es FeO(OH)·nH2O. No
obstante, en la actualidad el término se usa para designar óxidos e hidróxidos masivos
de hierro sin identificar que carecen de cristales visibles y tienen raya parda
amarillenta. La limonita es normalmente el mineral goethita, pero puede consistir
también en proporciones variables de magnetita, hematites, lepidocrocita, hisingerita,
pitticita, jarosita, etc.
Término empleado para designar óxidos e hidróxidos masivos de hierro sin
identificar que carecen de cristales visibles y tienen raya pardo amarillenta.
Es un tipo de óxido férrico hidratado, también llamado hematita parda, con tres
moléculas de agua. La limonita, contiene un 60 % de hierro y 40 % de oxigeno. En la
práctica el hierro va desde un 30 hasta un 56 %. Se clasifica en cuatro tipos:
Limonita ordinaria: Es blanda, mancha los dedos y al rayarla, aparece una raya
de color pardo amarillento. Las más arcillosas, son conocidas como ocres
amarillos. Puede aparecer tanto con una alta pureza, como casi completamente
impurificado.
Limonitas estalactítica: Mineral de estructura fibrosa y forma esférica. Posee un
brillo metálico superficial y su color es negruzco o pardo.
Limonita oolítica: Aparece en granos con forma de guisante, acompañados por
un material calcáreo, silicioso o arcilloso. Son de muy baja reducción, y su
riqueza es baja y varía entre un 28 y un 36 % de hierro.
Limonita terrosa de lagos y pantanos: Son limonitas terrosas de formación
reciente, producidos por depósitos de aguas ferruginosas. Ocupan, normalmente,
grandes extensiones de bajo espesor (<50 cm.). A veces aparecen en masas y su
color varia del pardo al negro. Su explotación es fácil y barata. Suelen contener
mucha sílice, y otras veces aparecen mezclados con fosfato de hierro.
Fórmula
Su formula general es FeO(OH)·nH2O.
Formación y yacimientos
Es un material muy común en zonas oxidadas con depósitos con minerales de
hierro, se origina por la descomposición de muchos minerales de hierro,
especialmente la pirita. En general es semidura, frágil y fácilmente disgregable,
traslúcida o semiopaca con brillo entre vítreo y terroso, y estrías de color pardo claro
(carácter que la distingue de las hematites pulverulentos y del ocre rojizo).
Difícilmente fusible y soluble en ácidos, si se calienta en presencia de aire, se
transforma en hematites y adquiere magnetismo.
Se origina como mineral secundario en las zonas de oxidación superficial de los
yacimientos de hierro, o bien como residual después de la disolución de rocas
carbonatadas y silicatadas (lateritas) en climas subtropicales o tropicales. Se producen
acúmulos importantes en la zona litoral de cuencas lacustres o marinas por
floculación de los hidróxidos de hierro debida a los electrolíticos o a la actividad
bacteriana.
Se encuentra en las costras de numerosas lavas y como material de relleno en las
fracturas de rocas intrusivas y filones de cuarzo alpino. Suele presentarse junto con
otros minerales de hierro en forma de agregados criptocristalinos, en forma de masas
batrioidales, estalactíticas, oolíticas o pisolíticas, terrosas o porosas, e incluso
incrustaciones de color pardo ocre, o bien negruzcas. Frecuentemente se presenta de
forma pseudomorfa sobre minerales de hierro como piritas, e incluso sobre fósiles y
restos orgánicos. Es el resultado de la frecuente asociación hidratada de goethita
(microcristalina y cristocristalina) e hidróxidos de hierro. Estas son capaces de
absorber agua y aparecer bajo una forma aparentemente amorfa e hidratada junto con
una serie de impurezas.
Sistema de cristalización
Amorfo
Propiedades físicas
Dureza de 5 a 5,5
Densidad de 3,6 y 4,4 g/cm2
Variedades
Limonita estalactita
Limonita compacta
Ocre amarillo
Piedra de águila
Origen
De alteración de minerales que contienen hierro
Utilización
Desde tiempos remotos se extraía el tinte amarillo de este
material, el llamado ocre. Además es una importante mena del
hierro, extraída en las minas con este fin. Se utiliza también para
obtener hierro y para formar parte de abonos y fertilizantes. Debido a
que la limonita presenta agua asociada de cristalización, incrementa la cantidad de
calor necesitado para secar y quemar las mezclas de mineral de hierro. La presencia de
la limonita en las mezclas de mineral de hierro para reducción directa introduce:
disminución en la resistencia a la compresión de las pellas quemadas y reducidas,
incrementos en la porosidad de las pellas, aumentos en la reactividad y reducibilidad
por los gases reductores, e incrementos en los porcentajes presentes de alúmina y
fósforo.
Pellas
La peletización es un proceso que consiste en la aglomeración del mineral
finamente molido o un concentrado por la adición de aglomerantes como el caso de la
bentonita y determinada cantidad de agua para darle forma de partículas esféricas
(Pellas verdes) las cuales son endurecidas por cocción en hornos rotatorios.
La peletización tiene gran aplicación en el caso de materiales en forma de
partículas muy finas. Es frecuente exigir que la granulometría de la materia prima sea
inferior a 0,200 mm y que el 70 por ciento sea inferior a 0,075 mm, ya que con
partículas de mayores tamaños, se obtiene pellas defectuosas. Como se indicó, la
peletización se caracteriza porque el mineral fino se aglomera en forma de bolitas con
un cierto grado de humedad, y luego, en otra segunda operación, esas bolitas crudas
(“en verdes”) se endurecen por cocción en hornos apropiados.
Estas esferas que se obtienen en el proceso de peletización se conocen como
pellas, y se podría decir que son partículas producidas por aglomerados finos de
mineral de hierro concentrado, con características químicas y físicas bien definidas,
que después de la cocción se le denomina pella.
Composición de las pellas
Las pellas están formadas por mineral de hierro más una ganga el cual esta
compuesto por minerales tales como:
Hierro, oxido de sílice, oxido de aluminio (Al2O3, alúmina), oxido de calcio (CaO,
cal), oxido de magnesio (MgO, magnesia), fósforo, azufre y magnesio, todos en
diferentes proporciones, siendo el de mayor predominio el Fe.
El Hierro se encuentra en mayor proporción ya que este representa la parte valiosa
del producto. Los demás minerales representan el porcentaje restante, el cual debe
guardar cierta proporción para que no se vean afectadas ningunas propiedades como
la basicidad. En cuanto al fósforo y el azufre existen en dosis adecuadas ya que de lo
contrario perjudicarían las propiedades de las pellas y debilitaría la estructura del
hierro. Se debe tener en cuenta que su desaparición no es posible ya que estos le
proporcionan cualidades especiales a las pellas para su utilización en el proceso de
reducción directa.
Tipos de pellas
El tipo de pellas depende de las especificaciones químicas de las mismas.
Entre los tipos de pellas se encuentran:
Pella PS6 (Pella de SIDOR N° 6 )
Pella PM7 (Pella Minorca N° 7)
Pella PS (Pella OPCO)
Pella PS3 y PS5 (Bajo contenido de ganga, pella SIDOR)
Para la preparación de estos tipos de pella se requiere la utilización de distintos
materiales, cargados en distintas cantidades, lo cual permite darle las características
químicas, físicas, granulométricas y metalúrgicas requeridas.
Materia prima en la producción de pella
Para la elaboración de pellas la materia prima a utilizar son:
- Los minerales de hierro, los cuales determinan la matriz de la pella.
- Los aglomerantes y aditivos que proporcionan propiedades y características
requeridas por las mimas.
Aditivo y aglomerantes
Aditivos: Son sustancias que agregadas al mineral fino de hierro modifican la
composición química de las pellas, y proporcionan buenas propiedades mecánicas
que repercutirán en el comportamiento de las pellas en el proceso de endurecimiento.
Para la selección de los aditivos se debe tener en cuenta que no bajen la resistencia
mecánica de las pellas verdes.
Desde el punto de vista químico los elementos componentes y las relaciones entre
algunos de ellos debes permanecer bajo control para no modificar la calidad de las
pellas.
Los objetivos de estos compuestos son:
promover y facilitar el tamaño de grano del mineral.
aumentar la resistencia a la comprensión de las pellas verdes.
mejorara las propiedades de las pellas crudas.
preparar pellas autos fundentes.
aumentar la temperatura de desintegración.
Aglomerantes: Son sustancias orgánicas e inorgánicas formadas por areniscas,
pizarra o arcilla, que al ser mezcladas con sólidos en forma de polvo o granular
forman aglomerados en forma de briquetas, pellas y tabletas. El aglomerante
necesario depende de las características del producto requerido.
Se debe establecer las especificaciones del aglomerado, ya que la resistencia, los
costos de aglomeración y la necesidad de ser resistentes al agua, dependen de la
selección de aglomerantes utilizados en la producción en la producción de pellas,
aunque pueden no ser efectivos para briquetas o viceversa.
Los aditivos y aglomerantes usados en la fabricación de las pellas son:
- La Bentonita: Es uno de los aditivos mas usados en la peletización, ya que esta
mejora la resistencia de las pellas verdes e incrementa la viscosidad y la tensión
superficial del agua ayudando a la compactación de las pellas verdes.
- La cal hidratada: Incrementa la basicidad.
- Dolomita, Sílice, Carbón y Calizas (polvillo): Ajustan los contenidos de CaO y
MgO específicos; estos aditivos son de menor calidad que la bentonita.
Caracterización del mineral de hierro
La clasificación de los minerales de Hierro basada en criterios geológicos, de la
génesis, aporta informaciones útiles para la investigación geológica pero difícilmente
puede ser utilizada en la industria siderúrgica, en forma eficiente, para una
caracterización industrial, en virtud de la variedad de los fenómenos geológicos que
caracterizan las formaciones de los depósitos de estos minerales.
Las características y propiedades metalúrgicas de los minerales dependen de su
mineralogía y, a su vez, del origen geológico cuya relación con los procesos no está
totalmente clara. Por eso es necesario adoptar una caracterización tecnológica la cuál
está basada en factores adicionales. Para la caracterización industrial del hierro
comercializado han propuesto una clasificación basada en la mineralogía y la fábrica
predominante.
En función de esta realidad se hace necesario conocer, identificar y clasificar las
características del mineral desde la mina, con miras a realizar una planificación que
esté orientada a predecir su comportamiento en los procesos siderúrgicos y de
concentración, basándose no solo en la calidad química, litológica y granulométrica
tradicionalmente establecida.
Se basa en la evaluación de lotes de mineral de hierro, tomados al azar, para
determinar la calidad física, metalúrgica y microestructural del material. En este
sentido, se pudo determina el tipo de material, humedad, granulometría, densidad, el
contenido promedio de: Hierro total, Sílice, Alúmina y el índice de Pérdida por
Calcinación.
Industria del mineral de hierro
La industria mundial del mineral de hierro tiene características que la hacen
diferente a otras industrias, tales como:
Altamente concentrada: Más del 72% de la producción mundial se concentra en 4
países.
Supremacía de Australia y Brasil en las exportación es (67% del total), y de Asia
y Europa Occidental en las importaciones (91% del total). El 49% de la
producción y el 75% de las exportaciones mundiales de mineral de hierro son
realizadas por tres empresas (CVRD, Rio Tinto y BHP Billiton).
Los precios se establecen anualmente entre los mayores productores de mineral
de hierro y los principales consumidores.
Exigente en calidad y oportunidad: los clientes cada día aumentan sus exigencias
de calidad en las materias primas (mineral fino, grueso y pellas), especialmente
en los parámetros químicos como Fósforo y Sílice y buscan suplidores de
mineral de hierro, chatarra y sustitutos de esta, que den rápida respuesta a sus
requerimientos y mejores precios de venta.
Rentabilidad moderada / baja: los precios reales del mineral de hierro con una
tendencia decreciente y el mercado controlado por pocos productores y
consumidores, hacen que la industria no tenga un rendimiento muy atractivo.
De gran valor estratégico para el desarrollo de la industria siderúrgica: el
desarrollo de la industria siderúrgica siempre estará impactado por la minería del
hierro, ya que esta es la materia prima fundamental.
Sensible a los ciclos económicos y cambios en la industria siderúrgica: los
cambios en el crecimiento económico impactan de manera importante el mercado
mundial de acero, por lo tanto afectan el mercado de mineral de hierro.
En permanente expansión y modernización: con énfasis en aprovechar las
crecientes oportunidades que ofrece la tecnología de la información, la
innovación y la introducción de nuevas tecnologías.
2.4 Marco Conceptual
Análisis químico: Determinación de las cantidades de sustancias
presentes en una muestra. (Chang. 2002. pág. G-1).
Densidad: La masa de una sustancia dividida entre su volumen.
(Chang. 2002. pág. G-2).
Ganga: es el material que se descarta al extraer la mena de un yacimiento de
mineral, por carecer de valor económico o ser demasiado costoso su aprovechamiento.
(es.wikipedia.org/wiki/Ganga_(minería)).
Grano: Cristal individual en un metal o aleación policristalina.
(Pereira, 1982. Pág. 662).
Granulometría: Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en
forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño.
(Avila. 2009. Pág. 2).
Hierro: Elemento químico cuyo símbolo es Fe y su peso atómico 56,
que se obtiene mediante la reducción de sus minerales que se utiliza
para la fabricación del acero. (Aceros Arequipa. 2000. Pág. 90).
Limonita: Mineral formado por óxido de hierro hidratado, de color que va desde el
pardo al pardo amarillento. (www.definicion-de.es › Breves: Letra-L).
Metalurgia: Ciencia y tecnología de los metales. La metalurgia de
proceso química tiene por objeto la extracción de metales de sus
minerales y la refinación de metales; la metalurgia física se ocupa de
las propiedades físicas y mecánicas de metales como son afectados
por la composición el trabajo mecánico y el tratamiento térmico.
(Avner, 1979. Pág. 698).
Mineral de Hierro: Mineral que contiene hierro (mena),
principalmente en forma de óxido, en proporción suficiente como
para ser una fuente comercialmente viable de dicho elemento para
su uso en procesos siderúrgicos. (Yoll. 2008. Pág. 1).
Peletización: El proceso de peletización tiene especial importancia para
minerales de hierro, ya que las pellas constituyen una materia prima de excelentes
propiedades para los hornos de reducción directa. El proceso de rodadura da como
resultado la formación de los denominados pellas verdes, los cuales a continuación son
sometidos a un proceso térmico de endurecimiento (piro consolidación), a fin de
otorgarles la resistencia mecánica necesaria para su utilización. (Forero. 2007. pág.
793).
Pellas: Aglomerados esféricos de partículas finas de mineral de
hierro mezclado con diversos aglomerantes y aditivos (caliza,
dolomita, combustibles sólidos, otros), los cuales son consolidados a
altas temperaturas, para alimentación de altos hornos y hornos de
reducción directa. (www.infoacero.cl).
Siderurgia: Se denomina siderurgia (del griego σίδερος, síderos, "hierro") a la
técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de
sus aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su
extracción en las minas. (Revista Siderurgia. 2010. Pág. 1).
Tenor: El tenor de un yacimiento es la concentración del minera o minerales mena (de
interés económico) en el depósito. El tenor se puede dar en porcentaje, partes por mil
o partes por millón si la concentración es muy baja. Un tenor del 10% significa que
por 10 toneladas extraídas de la mina, 9 son de cola (material estéril) y 1 es de el
mineral o mena. (Español. 2012. Pág. 43).
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
El marco metodológico representa el conjunto de actividades o
modelos lógicos de trabajo que deben seguir la investigación, donde
se señala la forma sistematizada los pasos y procedimientos,
metodológicos a emplear, así como la descripción del tipo de
investigación además del lugar, condiciones técnicas y métodos que
utilizaron tanto para la recopilación de información para la
interpretación de los resultados, comprobando y garantizando que
los conocimientos y soluciones tengan el máximo grado de exactitud
y confiabilidad, obteniendo el fin que se le procura, el cual es lograr
de manera precisa el objetivo de la investigación. En consideración
Bernal, C. (2000), complementa: “la investigación puede ser definida
como una serie de métodos para resolver problemas cuyas
soluciones necesiten ser obtenidas a través de una serie de lógicas,
tomando como punto de iniciativa dos objetivos”. (Pág. 69).
3.1 Tipos de investigación
Descriptiva
El tipo de investigación el cual será implementado es la
descriptiva ya que a través de este estudio fisicoquímico, se
caracterizará el mineral de hierro limonita en el laboratorio de
arenas de Fundación La Salle. Al respecto Tamayo (2003) acota:
La investigación descriptiva, consiste en la calle beneficencia en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o cuerpo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refiere. (Pág. 110).
Aplicada
El tipo de investigación también será aplicada ya que, se hizo
con el fin de dar soluciones al problema. Con relación a esto Rivas
(1999) comenta: La investigación es aplicada cuando tiene como
propósito dar soluciones a problemas prácticos más que formular
teorías sobre ellos (Pág. 72).
3.2 Diseño de investigación
De campo
Debido a que la totalidad de los datos de esta, han sido
recopilados en forma directa del lugar, en Fundación La Salle,
estando en contacto directamente y logrando obtener perspectiva
concreta de la problemática estudiada. Por tal motivo Sabino
(2000) expresa:
La investigación de campo se basa en informaciones de datos primarios, obteniendo directamente de la realidad. Su innegable valor reside en que a través de ellos es que el investigador puede cerciorarse de las verdaderas condiciones en que se han conseguido sus datos, haciendo posible su revisión o modificación en el caso de que surjan dudas al respecto a su calidad (Pág. 88).
3.3 Técnicas e instrumentación de recolección de datos
Observación directa
Para conseguir la información se empleara la observación
directa. Esta técnica es importante porque permite comprender la
problemática de forma directa ya que estará haciendo los análisis
para caracterizar el mineral de hierro limonita en el laboratorio de
arenas de Fundación La Salle. Sacarias (1998) indica: “La
observación directa es examinar el fenómeno en que se presenta a
fin de contemplar su comportamiento de características en el
interior de ese campo”. (Pág. 95).
Entrevista estructurada
Este instrumento fue aplicado exclusivamente a 15 estudiantes
del área de metalurgia de Fundación La Salle San Félix, estado
Bolívar. Para conocer su percepción ante la problemática la cual
consta de 12 preguntas de ítems cerradas. Bacells (1994) la define
como: “una lista o un repertorio de preguntas, debidamente
estructuradas, dirigidas a una persona que debe contestar,
relativas a un objeto de la investigación con el fin de obtener
datos” (pág. 195).
Revisión documental
Se aplica esta técnica debido a que ayuda de alguna manera en
la búsqueda de información al momento de realizar una
investigación para lograr definir el problema o las incógnitas
presentadas de esta manera facilitar el desarrollo de las mismas,
esto se realiza a través de fuentes de información. Al respecto la
Universidad Nacional Abierta (1990) la define como: “Aquella que
constituye procedimientos científicos y sistemáticos de indagación,
organización, interpretación y presentación de los datos alrededor
de un determinado tiempo, basado en una estrategia de análisis de
documentos” (Pág. 58).
3.4 Sistema de variables
Un sistema de variables consiste en un método o medio por el
cual se estudia la cualidad de una persona, animal, objeto o cosa
de sufrir cambios por lo tanto, en sus características, definidas de
manera operacional, es decir, en función de sus indicadores o
unidades de medida. Referente a esto (Arias 2006) “La variable es
una característica, cualidad o medida que puede sufrir cambios y
que es objeto de análisis, medición o control en una investigación”
(Pág. 55).
Variable independiente
Es la verificación experimental de un fenómeno, el cual trata el
investigador de reproducir artificialmente con hechos espontáneos
que se dan en la realidad, con el fin de comprender la causa y
efecto de un hecho o proceso determinado. También se le conoce
como la variable explicativa. Sabino (2000) la define como “Aquella
característica o propiedad que se supone ser la causa del
fenómeno estudiado, en la investigación experimental se llama así”
(Pág. 97). La variable a estudiar es la caracterización fisicoquímica
de un mineral de hierro limonita.
Variable dependiente
La variable dependiente es el factor que es observado y medio
para determinar el efecto de la variable independiente. A esta
variable se le conoce como la variable explicada. Según Hayman
(1974) la define, “como propiedad o característica que se trata de
cambiar mediante la manipulación de la variable a estudiar” (Pág.
69). En este caso es el análisis de la caracterización del mineral de
hierro limonita.
3.5 Forma de presentación de resultados
El análisis de los resultados se representa estadísticamente de
manera tal que en base de los porcentajes se establecen juicios de
valores permitiendo esto confrontar la realidad estudiada con la
posibilidad en este caso de saber caracterizar el mineral de hierro
limonita. Los datos obtenidos se organizan y se presentan en
graficas circulares de frecuencia simple, la cual facilita la
comprensión de los porcentajes y la diferencia en baso a lo
investigado. Al respecto Morales (2002) señala: Consiste en
incorporar datos en forma gráfica, a partir de una descripción de la
misma”. (Pág. 121). La forma de realizar es de forma gráfica es tipo
torta debido a la entrevista realizada después de haber estudiado y
analizado conjuntamente todos los objetivos específicos presentes
en esta investigación con el fin de mostrar los resultados de una
forma clara y sencilla pero con aspectos claros y así llegar a los
planteado.
CUADRO N°1
Mantenimiento al laboratorio de arenas
INDICADORES FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 1 10%
NO 9 90%
TOTAL 10 100%
Fuente: Instructor y estudiantes del área de metalurgia. Abril 2012
SINO
De los datos representados en el cuadro anterior se tiene que 9
personas que representan el 90 porciento indico que el laboratorio de
metalurgia extractiva no se le hace ningún tipo de mantenimiento
organizativo, otra persona que equivale a 10 por ciento respondió que el
personal de limpieza si organiza todos los implementos que se
encuentran dentro de la sala de practica, de esto se puede inferir es
necesario la implementación de un plan de mantenimiento para la
reorganización periódica del laboratorio y así mantener un orden
constante.
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Se presentan los resultados obtenidos de la caracterización
fisicoquímica de la muestra de limonita. El trabajo se dividió en dos
partes: una parte experimental y una parte descriptiva. Al definir y desarrollar cada
objetivo especifico se pudo alcanzar el objetivo general planteado, lográndose definir
sus aspectos físicos tales como color, densidad y granulometría, y alternativamente
su análisis químico y humedad.
4.1 Procesos fisicoquímicos aplicados a la caracterización de la limonita
Las muestras utilizadas provienen de las exploraciones geoexploratorias del
yacimiento de Cerro Bolívar, sector NE, cuyo objetivo fue tomar muestras de alto
tenor de todos los tipos litológicos existentes y accesibles de la mina, siempre y
cuando estas se encuentren dentro de las áreas y niveles programados para la
producción. Se recibieron 1,73 kg de limonita. Se homogenizó la muestra utilizando
una bandeja donde se vacía el material y con una pala pequeña se cuartea, se tomaron
de los lados opuestos, se mezclaron, se cuartearon, se vuelve a tomar de los lados
opuestos y eso se repitió hasta que se obtuvo la cantidad de muestra deseada.
Se tomaron de 290 gr de la muestra, se pulverizó en el molino de bolas del
laboratorio de arenas, durante 30 minutos con una carga de 5,5 kg de bolas, y se
introdujeron en una bolsa plástica. El resto se seco y se le realizó granulometría.
Los principales procesos fisicoquímicos aplicados al mineral de hierro fueron los
siguientes:
4.1.1 Densidad y color
El color fue determinado visualmente con ayuda de una lupa. Para la densidad se
pesaron 42,3 g de limonita tamizada y retenida en la malla 35 y se vació dentro de un
cilindro de 50 ml, determinándose el volumen alcanzado. Para el cálculo de la
densidad se utilizó la Norma Covenin 3667:2001 “Minerales de hierro y productos
siderúrgicos. Determinación de la densidad aparente en minerales de hierro”.
4.1.2 Análisis granulométrico
Para el tamizado se utilizó una batería de tamices, colocados de mayor a menor
abertura de malla. Se utilizaron 571,0 g. los tamices usados fueron ½”, 3/8”, ¼”, 6,
10, 20, 35, 60, 100, 170, 200, 270, 325 y -325 mesh. El ensayo fue realizado según la
Norma Covenin 2231:2000 (ISO 4701:1999) “Minerales de hierro y productos
siderúrgicos. Determinación de la distribución de tamaño por tamizado”.
4.1.3 Humedad
Se tomaron 380,2 g de mineral homogeneizado y se introdujeron en la estufa del
laboratorio de arenas a 100 °C 5 °C, por espacio de dos horas. Se dejo enfriar a
temperatura ambiente y se volvió a pesar, obteniéndose un peso final de 358,3 g. el
porcentaje de humedad se realizó según lo establecido en la Norma Covenin
1240:2000 “Minerales de hierro y productos siderúrgicos. Determinación de la
humedad higroscópica en muestras para análisis químico”.
Para la pérdida por calcinación, se pesó 1,0 g de muestra seca y se calcinó por
espacio de 1 hora a 1000 °C. Al finalizar el tiempo se saco de la mufla y se dejo secar
a temperatura ambiente, volviéndose a pesar; por diferencia de peso se determina la
pérdida por calcinación. Esta fue realizada por la Norma Covenin 1724:1998
“Mineral de hierro y productos siderúrgicos. Determinación de la pérdida por
calcinación”.
4.1.4 Análisis químico
El análisis químico fue realizado sobre una muestra seca a 110 °C, pulverizada y
pasada por el tamiz de -160 mesh, la cual fue analizada en el Espectrómetro de Rayos
X, marca Philips del Laboratorio Químico de FMO en Puerto Ordaz, con pastilla
fundida contra curva de calibración. Se utilizó la Norma Covenin 3707:2001
“Minerales de hierro y productos siderúrgicos. Determinación de silicio, calcio,
manganeso, aluminio, titanio, magnesio, fósforo, azufre y potasio. Método
espectrométrico de fluorescencia de rayos X”.
4.2 Propiedades fisicoquímicos típicas del mineral de hierro limonita
Los análisis realizados a muestras de limonitas presentan los siguientes resultados
típicos:
Tabla 1.- Especificaciones físicas típicas del mineral limonita
ColorPardo, pardo claro, pardo amarillento
Densidad (kg/m3) 2.700 a 4.400Humedad (%) 2-15Transparencia OpacaDureza (Mohs) 4-5,5Fractura Irregular
El color diferencia, en algunos casos, el principal tipo de hierro constituyente del
mineral; mientras la humedad esta sujeta a las temporadas de lluvia que ocurren en el
país.
En cuanto a las especificaciones químicas, estas están mostradas en la tabla 2,
incluyendo los valores máximos y mínimos que presentan la mayoría de los óxidos
presentes en el mineral.
Tabla 2.- Propiedades químicas típicas del mineral limonita
Composición química En base seca (porcentaje en peso)Fe 55% Min. a 60% Máx.
Fe2O3 85%S 0,05% Min a 0,3 Máx
SO3 0,28SiO2 1,45% Min a menos de 6,00% MáxAl2O3 1,00 % MáxNa20 0,04P2O5 0,25% MáxK2O 0,02 % MáxTiO2 0,25% MáxMnO 0,08%MgO 0,23%
El parámetro mas importante es el contenido de hierro total y la sílice, ya que esta
causa dureza al mineral durante la trituración..
4.3 Opinión de los estudiantes, del área de metalurgia, sobre los procesos
fisicoquímicos realizados a un mineral de hierro y su caracterización
CUADRO 1
Importancia del mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Fabricación de acero 2 13%
Fabricación de pellas 10 67%
Exportación 3 20%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 1
13,3
66,7
20,0
Fabricación de acero
Fabricación de pellas
Exportación
De los datos presentados en el cuadro 1, se tiene que 2 estudiantes que representan
el 13,3 por ciento, indicaron erróneamente que el mineral de hierro es usado para la
fabricación de acero, otras 10 personas que equivalen al 66,7 por ciento, señalaron
que el principal uso es para la obtención de pellas o briquetas, los 3 restantes
estudiantes, el 20 por ciento, indicaron que es exportado en su mayor parte. De esto
se puede inferir que la mayor parte conoce los usos del mineral de hierro pero aun
hay alumnos que confunden las pellas con el HRD, por lo que debe recordárseles de
alguna manera.
CUADRO 2
Características fisicoquímicas aplicables al mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Contenido de hierro y
ganga12 80%
Dureza 1 6,7%
Propiedades adhesivas 2 13,3%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 2
De los datos presentados en el cuadro 2, se tiene que 12 estudiantes que
representan el 80 por ciento, indicaron que el contenido de hierro y la ganga en el
mineral de hierro son las principales características fisicoquímicas a determinar, 1
persona que equivale al 6,7 por ciento, señaló la dureza como característica principal,
mientras que los 2 alumnos restantes, el 13,3 por ciento, indicaron las propiedades
adhesivas para fabricar pellas. De esto se puede inferir que la mayoría conoce las
principales características fisicoquímicas del mineral de hierro que son utilizadas en
la fabricación de pellas o briquetas.
CUADRO 3
Tipos de mineral de hierro existentes
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 12 80%
No 3 20%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 3
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 12 estudiantes que
representan el 80 por ciento, indicaron al menos dos tipos de mineral de hierro,
siendo las mas nombradas la magnetita, hematita, limonita y goetita, en ese orden, 3
persona que equivalen al 20 por ciento, no recordaron ningún tipo de muestra de
hierro. De esto se puede inferir que hay que dar más información acerca de uno de los
recursos naturales más abundantes de la región.
CUADRO 4
Importancia de la caracterización del mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 15 100%
No 0 0%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 4
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que los 15 estudiantes que
representan el 100 por ciento, indicaron la importancia que tiene la caracterización
del mineral de hierro, ya que esta da indicios de si la mena es explotable
comercialmente o no. De esto se puede inferir que los alumnos conocen muy bien el
papel importante que juega la caracterización mineralógica en la metalurgia
extractiva.
CUADRO 5
Espacio y materiales para realizar dicha caracterización en la institución
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 6 40%
No 9 60%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 5
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 6 estudiantes que
representan el 40 por ciento, indicaron que en los distintos laboratorios de la
Coordinación se puede realizar dicha caracterización, otras 9 personas que equivalen
al 60 por ciento, señalaron que no hay ni equipos ni materiales para realizar dicha
caracterización por lo que debe ser hecha fuera de la institución. De esto se puede
inferir que hay alumnos que desconocen todo lo que se puede realizar en la
institución, a pesar de las limitaciones que hay.
CUADRO 6
Equipos utilizados para tal fin
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 5 33%
No 10 67%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 6
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 5 estudiantes que
representan el 33 por ciento, indicaron la mayor parte de los equipos o herramientas
utilizadas para realizar dicha caracterización, otras 10 personas que equivalen al 67
por ciento, señalaron no recordar cuales son estos equipos. De esto se puede inferir
que la mayoría de alumnos desconocen o no recuerdan lo enseñado en las materias de
metalurgia extractiva o química, lo cual amerita un recordatorio frecuente durante el
resto de la carrera.
CUADRO 7
Empresas que procesan o consumen mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 15 100%
No 0 0%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 7
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 15 estudiantes que
representan el 100 por ciento, indicaron las empresas mas comunes que procesan o
consumen mineral de hierro, entre las nombradas figuran Sidor, FMO, Briqven y
Orinoco Iron. De esto se puede inferir que los alumnos conocen muy bien el universo
de empresas que existen en la zona y procesan o consumen mineral de hierro.
CUADRO 8
Definición de pérdida por calcinación, PPC
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 2 13%
No 13 87%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 8
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 2 estudiantes que
representan el 13 por ciento, indicaron que es la pérdida por calcinación y su
finalidad, las otras 13 personas, que equivalen al 87 por ciento, señalaron que nunca
habían oído ese término. De esto se puede inferir que los alumnos conocen muy poco
acerca de los ensayos realizados al mineral de hierro para el proceso de peletización.
CUADRO 9
Importancia de la granulometría en el mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 11 73%
No 4 27%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 9
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 11 estudiantes que
representan el 73 por ciento, indicaron la importancia que tiene la granulometría del
mineral de hierro en los procesos posteriores, otras 4 personas, que equivalen al 27
por ciento, no pudieron indicar alguna razón por la que es importante la
granulometría del mineral. De esto se puede inferir que algunos alumnos no conocen
muy bien la importancia de la granulometría al mineral de hierro para el proceso de
peletización.
CUADRO 10
Usos de equipos de rayos X, plasma o absorción atómica
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 7 47%
No 8 53%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 10
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 7 estudiantes que
representan el 47 por ciento, señalaron los usos de los equipos de rayos X, plasma o
absorción atómica en el análisis químico del mineral de hierro, otras 8 personas, que
equivalen al 53 por ciento, no pudieron indicar para que se utilizaban. De esto se
puede inferir que hay poca información suministrada a los alumnos acerca de como se
realizan análisis químicos a las muestras de mineral de hierro, pellas, aluminio, HRD,
acero, etc.
CUADRO 11
Ensayo de densidad a un mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 13 47%
No 2 53%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 11
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 13 estudiantes que
representan el 87 por ciento, señalaron que en el laboratorio de fisicoquímica les
enseñaron como realizar determinaciones de densidad en mineral de hierro u otros
minerales, otras 2 personas, que equivalen al 13 por ciento, no pudieron recordar
como se hace. De esto se puede inferir que la mayoría de los alumnos sabe como se
realiza la determinación de densidad a las muestras de mineral de hierro.
CUADRO 12
Significado de alto o bajo tenor de un mineral de hierro
Indicadores Frecuencia Porcentaje
Si 6 40%
No 9 60%
Total 15 100%
Fuente: Alumnos de metalurgia de La Salle. Junio 2013.
GRÁFICO 12
De los datos presentados en el cuadro anterior, se tiene que 6 estudiantes que
representan el 40 por ciento, señalaron que el tenor indica el porcentaje de hierro total
presente en un mineral de hierro, otras 9 personas, que equivalen al 60 por ciento, no
saben que significa. De esto se puede inferir que hay que informar a los alumnos
acerca del significado de alto, medio o bajo tenor utilizado en las empresas que
procesan o consumen mineral de hierro.
4.4 Características fisicoquímicas y composición obtenidas del mineral de hierro
limonita, en el Laboratorio de Arenas de Fundación La Salle
Los análisis realizados muestran lo siguiente:
Tabla 1.- Análisis químico a mineral de limonita (%).
Fe2O3 SiO2 Al2O3 Na2O MnO TiO2 MgO P2O5 CaO SO3 Cr2O3 K2O90,2
24,39
3,73 0,63 0,310,21
0,13
0,13
0,10
0,06
0,030,02
Salvo los valores de Al2O3, Na2O y MnO, el mineral cumple con las especificaciones químicas de la limonita. Para Na2O + K2O se acepta hasta un 1 por ciento.
Tabla 2.- Análisis de humedad y pérdida por calcinación al mineral de limonita
Peso inicial (g)
Peso final (g)
H2O (%)
PPC (%)
380,2 358,35,76
---
1,0005 0,9887 ---1,18
El valor de pérdida por calcinación, PPC, a pesar de no estar especificado, se
permite hasta un 1% máximo, ya que este parámetro indica la cantidad de materia
orgánica y compuestos que pueden crepitar durante el proceso de peletización, tales
como carbonatos, sulfato o nitratos, lo cual daría lugar a un rompimiento de la pella
en formación. La humedad entra dentro de las especificaciones.
Tabla 2.- Determinación de densidad al mineral de limonita
Peso limonita (g)
Volumen (ml)
Densidad (g/ml)
42,3 11,3 3,74
Tabla 3.- Análisis granulométrico al mineral de limonita
MallaAbertura
(mm)Peso retenido
(g)%
Retenido1/2" 12,50 11,1 1,943/8" 9,51 45,2 7,921/4" 6,35 113,1 19,81
6 3,36 140,3 24,5810 2,00 73,8 12,9320 0,84 68,7 12,0335 0,50 34,8 6,1060 0,25 32 5,61100 0,15 15 2,63170 0.088 12,2 2,14200 0,074 3,9 0,68270 0,053 5,6 0,98325 0,044 2,5 0,44-325 0,00 12,7 2,22
TOTAL 570,9 100,00.
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
% re
teni
do
Abertura (mm)
Grafico 1.- Distribución granulométrica del mineral limonita
Se observa que el mineral se encuentra distribuido mayoritariamente entre 6,35
mm (1/4”) y 0,84 mm (20 mesh) estando el 69,35 por ciento entre estas fracciones.
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL MAR EXTENSIÓN CIUDAD GUAYANA
RIF. J-00066762-4 METALURGIA
ANEXO 1
ENTREVISTA ESTRUCTURADA
La siguiente entrevista fue aplicada exclusivamente a los estudiantes del quinto
semestre de la especialidad de Metalurgia de FLASA La Salle, Campus Guayana, con
la finalidad de indagar el conocimiento de los alumnos sobre el mineral de hierro. Se
agradece su mejor colaboración al respecto y ser objetivos en sus respuestas.
1. ¿Sabe la importancia del mineral de hierro?
Si _____ No _____
2. ¿Podría describir algunas características fisicoquímicas aplicables al mineral de
hierro?
Si _____ No _____
3. ¿Sabría indicar los tipos de mineral de hierro existentes?
Si _____ No _____
4. ¿Cuál cree que es la importancia de la caracterización del mineral de hierro?
Si _____ No _____
5. ¿Puede indicar si la institución cuenta con espacio y materiales para realizar
dicha caracterización?
Si _____ No _____
6. ¿Sabe cuales son los equipos utilizados para tal fin?
Si _____ No _____
7. ¿Podría nombrar algunas empresas que procesen o consuman mineral de hierro?
Si _____ No _____
8. ¿Sabe la definición de pérdida por calcinación, PPC?
Si _____ No _____
9. ¿Puede indicar la importancia de la granulometría en el mineral de hierro?
Si _____ No _____
10. ¿Conoce los usos de equipos de rayos X, plasma o absorción atómica?
Si _____ No _____
11. ¿Conoce como se realiza un ensayo de densidad a un mineral de hierro?
Si _____ No _____
12. ¿Podría indicar el significado de alto o bajo tenor de un mineral de hierro?
Si _____ No _____