MXPA06006655A - Procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro mediante el uso de un aglutinante que contiene silicato de sodio. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se relaciona con un procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro que comprende aglomerar particulas de mena de hierro finas en presencia de un sistema aglutinante, en donde el sistema aglutinante comprende un aglutinante y un silicato de metal alcalino y en donde el silicato de metal alcalino esta presente en una cantidad de entre 0.0001 y 0.08 por ciento en peso, en base en el peso total del aglomerado de mena de hierro seco, en donde el sistema aglutinante esta libre de polimero sintetico y preferiblemente comprende carboximetilcelulosa como aglutinante.

Description

PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR AGLOMERADOS DE MENA DE HIERRO MEDIANTE EL USO DE UN AGLUTINANTE QUE CONTIENE SILICATO DE SODIO MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se relaciona con un procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro. Dicho procedimiento se conoce a partir del documento de E.U.A. 6,293,994, el cual describe un procedimiento para producir nodulos de mineral incinerado al mezclar material mineral particulado con humedad y aglutinante que comprende un polímero orgánico sustancialmente hidrosoluble y un silicato de metal alcalino en una cantidad en peso seco la cual está, ya sea: (a) por encima de 0.13% en base en la mezcla húmeda, o (b) por encima de 0.08%, en base en la mezcla húmeda y por lo menos tres veces el peso seco del polímero orgánico sustancialmente hidrosoluble. El polímero preferido es un polímero sintético que se forma de un monómero etilénicamente insaturado hidrosoluble o una combinación de monómeros. La elevada cantidad de silicato de metal alcalino en los nodulos descritos en el documento de E.U.A. 6,293,994 generalmente es indeseable, debido a que los silicatos pueden frenar el procedimiento de reducción en operaciones de elaboración de acero al bloquear las vías de uso de gases reductores para permear el nodulo lo que genera un incremento en los costos de energía. Además, el uso de dichas cantidades elevadas de silicato de metal alcalino resulta en nodulos sin tratar que tienen una tendencia elevada a deformarse, lo que a su vez puede generar nodulos de tamaño y forma diferentes, lo que resulta en un procedimiento ineficaz para preparar nodulos incinerados. El objetivo de la presente ¡nvención es proporcionar aglomerados de mena de hierro con propiedades físicas mejoradas. La presente ¡nvención proporciona un procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro el cual comprende aglomerar partículas finas de mena de hierro en presencia de un sistema aglutinante en donde el sistema aglutinante comprende un aglutinante y un silicato de metal alcalino y en donde el silicato de metal alcalino está presente en una cantidad entre 0.0001 y 0.08 por ciento en peso, en base en el peso total del aglomerado de mena de hierro seca, en donde el sistema aglutinante está libre de polímero sintético. El procedimiento de la invención genera aglomerados de mena de hierro con una resistencia aumentada a la compresión en frío, resistencia al precalentamiento y resistencia al triturado seco en relación al uso de sistemas aglutinantes convencionales que comprenden el mismo aglutinante. Además, cantidades pequeñas del silicato de metal alcalino son de antemano insuficientes para obtener una mejora significativa en las propiedades físicas de los aglomerados. Además, la cantidad especificado de silicato de metal alcalino provoca que los aglomerados obtenidos con el procedimiento de la invención tengan un grado de deformación similar o sólo ligeramente superior en comparación con los sistemas aglutinantes en donde está ausente el sili- cato de metal alcalino. En contraste, los sistemas de aglutinantes que comprenden una cantidad mas grande de silicato de metal alcalino presentan un incremento significativo en el grado de deformación, lo cual es indeseable. Además, el uso del silicato de metal alcalino de acuerdo con la invención puede permitir una reducción en la cantidad de aglutinante sin una pérdida significativa en las propiedades físicas de los aglomerados que se obtienen. La cantidad de silicato de metal alcalino preferiblemente es, como máximo, 0.07 por ciento en peso (% en peso), y de manera más preferible, como máximo, 0.06% en peso, en base en el peso total del aglome- rado de mena de hierro seca. Mediante el término "aglomerado de mena de hierro seca" se quiere significar la totalidad o todos los ingredientes utilizados en la formación del aglomerado de mena de hierro, excepto agua. Preferiblemente, la cantidad de silicato de metal alcalino es de por lo menos 0.02% en peso, y de manera más preferible por lo menos 0.04% en peso, en base en el peso total del aglomerado de mena de hierro seca. Se ha encontrado que los nodulos preparados utilizando un sistema aglutinante que comprende por lo menos 0.04% en peso de silicato de metal alcalino generalmente tiene una superficie lisa y una mayor resistencia a la abrasión, mientras que los nodulos preparados utilizando un sistema aglutinante que comprende menos de 0.04% en peso de silicato de metal alcalino generalmente presentan una superficie rugosa lo que puede llevar a la generación de finos o residuos durante el procesamiento de los nodulos formados, por ejemplo, durante el transporte de los nodulos.

El silicato de metal alcalino habitualmente es un silicato de sodio, pero se pueden utilizar otros silicato de metal alcalino. Los ejemplos de silicatos de sodio son metasilicato de sodio y silicato de sodio líquido (cristal de agua) disponible comerciaimente. En los silicatos de sodio, la proporción molar Na2?:Si02 generalmente está en el intervalo de 2:1 a 1 :5, preferiblemente en el intervalo de 1 :1 a 1 :4. La cantidad de silicato de metal alcalino en el sistema aglutinante generalmente es de por lo menos 1% en peso, de manera preferible por lo menos 10% en peso, y de manera mucho más preferible por lo menos 15% en peso, y de manera general, como máximo 99% en peso, de manera preferible, como máximo, 85% en peso, y de manera mucho más preferible, como máximo, 75% en peso, en base en el peso total del sistema aglutinante. El silicato de metal alcalino preferiblemente está bien disperso en las partículas que se van a aglomerar. El silicato se puede agregar a las partículas de mena de hierro en forma de un polvo seco, una suspensión acuosa, una solución acuosa, etcétera. Preferiblemente, el silicato de metal alcalino se agrega en forma de una solución acuosa. El aglutinante en el sistema aglutinante de la invención puede ser un aglutinante inorgánico o un aglutinante orgánico, o una mezcla de los mismos. Los ejemplos de aglutinantes inorgánicos son bentonita y cal viva hidratada. En el contexto de la presente solicitud, el silicato de metal alcalino no se considera que sea un aglutinante inorgánico. Los ejemplos de aglutinantes orgánicos son polímeros e incluyen: (1 ) Polímeros naturales hidrosolubles tales como goma guar, almidón, alginatos, pectinas, goma de xantano, desperdicios lácteos, productos relacionados con madera, lignina y similares; (2) Polímeros naturales modificados tales como derivados de goma guar (por ejemplo hidroxipropil guar, carboximetil guar, carboximetil- hidroxipropil guar), almidón modificado (por ejemplo almidón aniónico, almidón catiónico), derivados de almidón (por ejemplo dextrina) y derivados de celulosa tales como sales de metal alcalino de carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxípropilcelulosa, carboximetilhidroxietilcelulosa, metilcelulosa, derivados de lignina (por ejemplo carboximetil lignina) y similares. Los polímeros mencionados antes se pueden utilizar solos o en diversas combinaciones de dos o más polímeros. El sistema aglutinante está libre de polímeros sintéticos. Los ejemplos de polímeros sintéticos son poliacrilamidas tales como poliacri-lamidas hidratadas parcialmente, metacrilamida y polimetacrilamida, poliacrilatos y copolímeros de los mismos, óxidos de polietileno y similares. Un aspecto adicional de la presente invención es un procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro que comprende aglomerar partículas finas de mena de hierro en presencia de un sistema aglutinante en donde el sistema aglutinante comprende carboximetilcelulosa o una sal del mismo y un silicato de metal alcalino. El uso de la combinación de carboximetilcelulosa y silicato de metal alcalino genera aglomerados con propiedades físicas aumentadas, tales como resistencia a la compresión en frío, resistencia al precalentamiento y resistencia al triturado seco. Además, la susceptibilidad a reducción del hierro en los aglomerados generalmente es mayor que la que se observa cuando se utiliza un sistema aglutinante que comprende un aglutinante inorgánico en el procedimiento de aglomeración. La invención se relaciona adicionalmente con un sistema aglutinante que comprende carboximetilcelulosa y un silicato de metal alcalino. La cantidad de silicato de metal alcalino en el sistema aglutinante generalmente es de por lo menos 1 % en peso, de manera preferible por lo menos 10% en peso y de manera mucho más preferible por lo menos 15% en peso, y generalmente es, como máximo, 99% en peso, de manera preferible, como máximo, 85% en peso y de manera mucho más preferible, como máximo, 75% en peso, en base en el peso total del sistema aglutinante. La carboximetilcelulosa o una sal de la misma (ambas denominadas como "CMC") preferiblemente son sustancialmente hidrosolubles. Las sales preferidas de carboximetilcelulosa son sales de metal alcalino de carboximetilcelulosa. De estas sales de metal alcalino se prefiere la sal de sodio. La CMC utilizada en la presente invención generalmente tiene un grado de sustitución (el número promedio de grupos carboximetiléter por unidad de cadena anhidroglucosa repetida de la molécula de glucosa) de por lo menos 0.4, preferiblemente por lo menos 0.5, y de manera más preferible por lo menos 0.6, y como máximo, 1.5, de manera más preferible por lo menos 1.2 y, de manera mucho más preferible, como máximo 0.9. Generalmente, el grado promedio de polimerización del suministro de celulosa es de por lo menos 50, preferiblemente por lo menos 250 y de manera mucho más preferible por lo menos 400, y de manera general es, como máximo 8,000, de manera preferible, como máximo, 7.000 y de manera mucho más preferible, como máximo, 6,000. En alguna modalidad preferida para utilizar carboxime- tilcelulosa de sodio que tiene una viscosidad Brookfield en una solución acuosa 1 % de más de 2,000 cps a 30 rpm, con un vastago #4. Se prefiere adicionalmente carboximetilcelulosa de sodio que tenga una viscosidad Brookfield en una solución acuosa 1% mayor de aproximadamente 4,000 cps a 30 rpm, con un vastago #4. Una serie de aglutinantes disponibles comerciaimente que contienen carboximetilcelulosa de sodio especialmente útiles en la presente invención están disponibles de Akzo Nobel bajo la marca comercial PeridurMR. La manera en la cual se agrega el aglutinante al material particulado depende del tipo de material que es aglomerado, el tipo de agluti-nante que se utiliza en los resultados deseados. Por ejemplo, el aglutinante se puede agregar como un polvo seco, una suspensión acuosa, una solución acuosa, un gel acuoso o un sol acuoso (sistema coloidal), etcétera. La cantidad de aglutinante utilizado varía con los resultados que se desean. Por ejemplo, cuando se utiliza un aglutinante orgánico, la cantidad de aglutinante puede variar de 0.0025 a 0.5% en peso, en base en el peso de las partículas de mena de hierro, en donde un intervalo preferido es 0.5 a 0.2% en peso. En el caso de un aglutinante inorgánico, la cantidad de agluti- nante puede variar, por ejemplo, de 0.1 a 3% en peso, en base en el peso de las partículas de mena de hierro. El aglutinante y el silicato de metal alcalino se pueden agregar a las partículas de mena de hierro juntas, una después de la otra, etcétera. Esto no es crítico en la medida en que se tenga precaución de asegurarse de que cuando se lleva a cabo la aglomeración, el aglutinante y el aditivo están presentes para funcionar. El procedimiento de la invención es útil para aglomerar partículas finas de mena de hierro. No obstante, la invención no se limita a las menas de hierro y también es útil en la aglomeración de partículas finas de otras menas de metal. Esta invención está particularmente adaptada para la aglomeración de materiales que contienen hierro, que incluyen depósitos de mena de hierro, residuos de mena finos, fríos y calientes de un procedimiento de sinterización, óxido de hierro de polvos finos recolectados en sistemas, o suspensiones acuosas de concentrados de mena de hierro de fuentes naturales o recuperados de diversos procedimientos. La mena de hierro o cualquiera de una amplia variedad de los siguientes minerales pueden formar parte del material que se va a aglomerar: taconita, magnetita, hematita, limonita, goetita, siderita, franklinita, pirita, calcopirita, cromita, ilmenita y similares. El tamaño del material que es aglomerado varía de acuerdo con los resultados deseados. Por ejemplo, cuando el material particulado que es aglomerado es mena de hierro, 100% de las partículas pueden ser menores de malla 80, preferiblemente 90% son menores de malla 200 y de manera mucho más preferible 75% son menores de malla 325. También se considera la utilización de aditivos convencionales, por ejemplo una base tal como hidróxido de sodio, sosa, u otros aditivos tales 5 como citrato de sodio, oxalato de sodio, etcétera. Estos aditivos, su propósito y su uso son conocidos por las personas expertas en la técnica. Se conocen en la técnica muchos procedimientos para la aglomeración de partículas, especialmente partículas basadas en metal. Los ejemplos de tales procedimientos son nodulización, briquetaje, sinterizado, 10. etcétera. El sistema aglutinante utilizado de acuerdo con la invención es particularmente adecuado para nodulización. En la industria de la minería es una práctica común aglomerar o nodulizar concentrado de mena de mineral beneficiada molida finamente para facilitar el procesamiento y manejo/transporte de la mena. Después de que la mena mineral ha sido extraída, frecuentemente 5 se muele en húmedo para liberar y separar minerales de ganga no deseados del material deseado, por ejemplo hierro en el caso de la mena de hierro. La mena molida húmeda procesada es cribada para eliminar partículas grandes, las cuales pueden ser recicladas para molido posterior. Los finos cribados después se filtran al vacío para reducir el contenido de humedad a 0 un intervalo aceptable de nodulización. La mena mineral filtrada se conoce en la técnica como "concentrado". Un segundo procedimiento involucra "molido seco" y beneficio de la mena mineral, en cuyo caso la humedad requerida para nodulización se agrega posteriormente.

Después del beneficio, se agrega un agente de unión al concentrado de mena mineral humedecida y el material compuesto de aglutinante/mena mineral se transporta a un tambor de aglomeración u otro medio para el nodulizado de la mena. El agente de unión sirve para mantener o unir junta a la mena de mineral, de manera que los aglomerados individuales pueden ser transportados sin pérdida de su integridad en el camino para procesamiento adicional e induración. Después de la operación en aglomeración en tambor, se forman nodulos, pero aún están húmedas. Estos nodulos húmedos comúnmente se denominan como "nodulos sin tratar" o "esferas sin tratar". Estos nodulos sin tratar posteriormente se transportan a un homo y se calientan en etapas a una temperatura final de aproximadamente 1, 300-1 , 350°C. En el procedimiento de nodulización, los nodulos sin tratar húmedos se cargan en el horno para procesamiento adicional. La humedad en los nodulos se extrae por induración a temperaturas normalmente entre 400-600°C. Después de secado en el horno, los nodulos se transportan a la zona de precalentamiento. Esta es una etapa de calentamiento adicional para incrementar adicionalmente la dureza de los nodulos antes de que sean transportados al horno y/o una etapa de incinerado final. El calentamiento generalmente se produce a 900-1 ,200°C para unir juntas a los nodulos (por ejemplo, para oxidar magnetita o cristalizar hematita). A partir de la zona de precalentamiento, los nodulos se dejan caer 3-4.6 m (10-15 píes) desde la parrilla del hogar al horno. Esto es cuando la resistencia de precalentamiento es necesaria para evitar que los nodulos se astillen y se rompan en partículas de polvo fino. Finalmente, los nodulos precalentados se incineran a una temperatura de ente 1 ,300 y 1 ,350°C. La capacidad de los nodulos para resistir la ruptura durante el procedimiento se puede aproximar al realizar pruebas estándar que miden la resistencia de los nodulos que necesitarán en cada etapa de procesamiento (por ejemplo resistencia al triturado en húmedo, resistencia al triturado en seco, resistencia al precalentamiento y fuerza de compresión en frío). La presente invención se ilustra en los siguientes ejemplos.

EJEMPLOS En los siguientes ejemplos se preparan nodulos sin tratar de mena de hierro que están constituidas de diversos compuestos en las cantidades que se indican en el cuadro 1. Los nodulos sin tratar se preparan por aglomeración de concentrado de mena de hierro en presencia de un aglutinante y un aditivo aglutinante. Las cantidades de aglutinante y/o de silicato de sodio (en por ciento en peso) que se muestran en el cuadro 1 se basan en el peso total del concentrado de mena de hierro. El concentrado de mena de hierro utilizado en los ejemplos del cuadro 1 son mena de hematita brasileña. El aglutinante es Peridur 330 (de Akzo Nobel), el cual comprende carboximetilcelulosa de sodio y carbonato de sodio, y el silicato de sodio (Na20:Si02 es 1 :3.3) utilizado en estos experimentos es suministrado por PQ Corporation.

El procedimiento de elaboración de aglomerados generalmente es conocido por una persona experta en la técnica. El procedimiento se describe en detalle en el documento de E.U.A. 6,071 ,325, el cual describe un procedimiento de producción de aglomerados de 2,500 gramos en un neumá-tico de aeroplano giratorio (aproximadamente 40 cm de diámetro). En primer lugar, el aglutinante se mezcla en el concentrado seco y se homogeiniza. Después se mezcla el silicato de metal alcalino con la cantidad requerida de agua (contenido de humedad entre 8 y 9% en peso) y posteriormente se mezcla perfectamente con el concentrado y el aglutinante (utilizando un mezclador Mullen modelo No. 1 Cincinnati Muller, fabricado por National Engineering Co. o similar). Se forman "semillas" de el nodulo al colocar una porción pequeña del concentrado en el neumático giratorio y agregar agua atomizada para iniciar el crecimiento de los nodulos. Las semillas de nodulos con un tamaño entre 3.5 y 4 mm se retienen y se mantienen separadas de la formación de los nodulos con el tamaño deseado de 11.2 y 12.5 mm. Los nodulos sin tratar terminados se producen al colocar 165 gramos de semilla de nodulos descrita en lo anterior en el neumático giratorio y agregando una porción de la mezcla de concentrado remanente durante un período de crecimiento de 3 minutos. Se agrega agua atomizada, si es necesario.

CUADRO 1 Se mide el contenido de humedad, el número de caída y la resistencia a la compresión en húmedo y en seco de los nodulos sin tratar que se obtienen.

Número de caída en húmedo El número de caída en húmedo se determina al dejar caer repetidamente un el nodulo sin tratar que tiene un tamaño de 11.2 y 12.5 mm desde una altura de 46 cm sobre una placa de acero colocada horizontalmente hasta que se forma una fractura visible en la superficie de el nodulo. Se determina el número de veces que se deja caer el nodulo hasta el punto de fractura/agrietado. El número promedio de las veces promediadas de 20 nodulos sin tratar se denomina como el "número de caída en húmedo".

Resistencia a la compresión en húmedo Se almacenan en un recipiente hermético al aire 20 nodulos sin tratar, húmedas que tienen un tamaño de entre 11.2 y 12.5 mm. Una por una, se extraen los nodulos y se colocan en un dispositivo de medición estándar en el cual un émbolo de una escala se hace descender sobre el nodulo sin tratar a una velocidad de 25 mm por minuto. Se determina la fuerza máxima aplicada a la cual el nodulo se rompe. La fuerza promediada de 20 nodulos sin tratar se denomina como la resistencia a la compresión en húmedo.

Deformación Se almacenan en un recipiente hermético al aire un mínimo de 20 nodulos sin tratar húmedas que tienen un tamaño entre 11.2 y 12.5 mm. Una por una, se extraen los nodulos y se colocan en un dispositivo de medición estándar en el cual un émbolo de una escala se hace descender sobre el nodulo sin tratar a una velocidad de cargado de 25 mm por minuto. La máquina (Model Lloyd Texture Analyser TA-Plus, controlada por una PC con un software Nexygen versión 4.5) se equipa con una celda de carga de 50 N y tiene un diámetro de sonda de 10 mm. Se registra la deformación/deflección de el nodulo sin tratar mientras se incrementa la fuerza. Se define la deformación como la carga en diámetro de el nodulo sin tratar a una fuerza de 1 N, con la condición de que el nodulo no se rompa en este punto.

Resistencia a la compresión en seco Una cantidad de 20 nodulos sin tratar que tienen un tamaño de entre 11.2 y 12.5 mm se secan en un horno a 105°C por un mínimo de dos horas. Después del secado, los nodulos secos se colocan una a una en un dispositivo de medición estándar en el cual se hace descender un émbolo de una escala sobre el nodulo sin tratar a una velocidad de 25 mm por 10 segundos. Se determina la fuerza máxima aplicada en la cual se rompe el nodulo. La fuerza promedio se promedia sobre 20 nodulos sin tratar y se denomina como la resistencia a la compresión en seco. Los valores obtenidos de los parámetros anteriores se tabulan en el cuadro 2 siguiente.

CUADRO 2 A partir del cuadro anterior 2, se puede deducir que el nodulo de los ejemplos 1-4, los cuales se elaboran de acuerdo con la invención, muestran una resistencia aumentada a la compresión en seco, en comparación con los nodulos que se obtienen utilizando un sistema aglutinante que comprende únicamente el aglutinante Peridur (Ejemplo Comparativo 1 ). Al mismo tiempo, los nodulos de los ejemplos 1-4 muestran una mejoría en el número de caída en húmedo y sólo un incremento ligero en la deformación,- mientras que los nodulos del Ejemplo Comparativo 2 presentan una deformación y un número de caída en húmedo significativamente mayores. En consecuencia, los nodulos del Ejemplo Comparativo 2 se deformarán en un procedimiento de elaboración de acero en un grado mucho mayor en comparación con los nodulos de la invención, lo que vuelve al procedimiento para preparar nodulos incinerados menos eficaz en comparación con un procedimiento que utiliza los nodulos de la invención. Se hace notar además que la apariencia de los nodulos sin tratar de los ejemplos 2-4 es lisa y no adherente, mientras que los nodulos sin tratar del ejemplo comparativo 1 son rugosas. Los nodulos de los ejemplos 2-4 generarán una cantidad menor de finos o residuos, por ejemplo durante el transporte de estos nodulos, en comparación con los nodulos del Ejemplo Comparativo 1. Aunque los nodulos sin tratar del Ejemplo Comparativo 2 son lisas, son pegajosos, lo que provoca un agrupamiento indeseable de los nodulos durante el procesamiento.

Claims (5)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para producir aglomerados de mena de hierro caracterizado porque comprende aglomerar partículas de mena de hierro finas en presencia de un sistema aglutinante, en donde el sistema aglutinante comprende un aglutinante y un silicato de metal alcalino y en donde el silicato de metal alcalino está presente en una cantidad de entre 0.0001 y 0.08 por ciento en peso, en base en el peso total del aglomerado de mena de hierro seco, en donde el sistema aglutinante está libre de polímero sintético.

2.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aglutinante es carboximetilcelulosa.

3.- El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado además porque la cantidad de silicato de metal alcalino está entre 0.04 y 0.08 por ciento en peso, en base en el peso total del aglomerado de mena de hierro seco.

4.- El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el silicato de metal alcalino es silicato de sodio.

5.- Un sistema aglutinante que comprende carboximetilcelulosa y un silicato de metal alcalino, con la condición de que el sistema aglutinante no sea una suspensión acuosa que comprende un silicato de metal alcalino, carboximetilcelulosa e impurezas particuladas que se originen en de polvo de sílice impuro utilizado para preparar el silicato de metal alcalino, o una combinación de 18 kg de silicato de sodio líquido, 4 kg de carboximetilcelulosa y 40 kg de agua.