Estudio de las Transformaciones del Mineral Ilmenita

Revista Colombiana de Física, vol. 40, No. 1, Abril 2008
Estudio de las Transformaciones del Mineral Ilmenita (FeTiO3) de
Puerto Colombia (Atlántico) Producidas Durante la Molienda
de Alta Energía
D. A. Varón1, J. A. Henao1, J. A. Pinilla1, Claudia González2, J. A. Tabares3 y J. D Betancourt-Rios3
1
Grupo de Investigación en Química estructural (GIQUE). CIBIMOL. Escuela de Química. Universidad Industrial de Santander. A.A. 678, Bucaramanga-Colombia
2
Departamento de Ciencias Básicas. Universidad Pontificia Bolivariana. Seccional
Bucaramanga. A.A.2932, Bucaramanga-Colombia
3
Departamento de Física, Universidad del Valle, A. A. 25360, Cali-Colombia
Recibido 22 de Oct. 2007; Aceptado 3 de Mar. 2008; Publicado en línea 15 de Abr. 2008
Resumen
El mineral ilmenita (FeTiO3) proveniente de arenas negras de playa fue sometido a una molienda de alta energía al aire a
temperatura ambiente por 10, 20 y 40 horas en un molino attritor. Las muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos-X (DRX) y Espectroscopia Mössbauer a temperatura ambiente. Por ambas técnicas se detectó la presencia de tres fases
de ilmenita distintas. De igual manera, por DRX se detectó la formación de las nuevas fases giekielite; suessite; hisingerite
y dolomita; y un alto grado de amorfización de las fases a medida que se aumenta el tiempo de molienda.
Palabras claves: ilmenita, molienda de alta energía, DRX, espectroscopia Mössbauer.
Abstract
Mineral ilmenite presents in black beach sands has been high- energy milling at room temperature in air by 10, 20 and 40
hours in attritor mill, and characterised by X-ray diffraction and Mössbauer Spectroscopy. Three ilmenite phases were
founded with both techniques. The formation of new phases: gieckelite; suessite; hisingerite and dolomite and a high degree
of amorphization with the milling time were detected by XRD.
Key Words: ilmenite, high energy milling, XRD, Mössbauer spectroscopy.
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mundial. Si bien no es tan frecuente encontrarlo en concentraciones que hagan económicamente viable su extracción,
está presente en los yacimientos comunes de acumulaciones
minerales conocidos con el nombre de arenas negras, las
cuales se presentan frecuentemente en zonas costeras y en
áreas aledañas a cauces naturales. La ilmenita (FeTiO3), es
uno de los minerales que muestra una mayor concentración
de este metal y es el más utilizado para la manufactura de
productos de titanio, especialmente para la producción del
pigmento TiO2 [1]. Según los estudios realizados por INGEOMINAS, en el depósito de Puerto Colombia (Atlánti-
1. Introducción
El creciente interés por el desarrollo de nuevos materiales
de uso tecnológico y científico ha impulsado la búsqueda de
materias primas minerales que a través de su explotación y
su procesamiento brinden los elementos ó compuestos básicos necesarios para la fabricación de dichos materiales. El
titanio, por sus características físicas de alta resistencia a la
corrosión y alta resistencia mecánica, se ha constituido en
un metal no sólo estratégico, sino crítico para los países
industrializados, lo cual ha motivado su búsqueda a nivel
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rev. col. fís.(c), vol. 40, No. 1, (2008)
(Fe3O4);
el
silicato
almandine
(Fe2.59Mg0.27Ca0.13Mn0.01)Al1.98(SiO4)3; y material amorfo.
Todas estas fases se mantienen a lo largo del proceso de
molienda. Para10h de molienda se forma la fase Geikielite
(MgTiO3), con una reflexión intensa en 32.88º (2-theta),
indicando que átomos de hierro (Fe2+) de la estructura cristalina de ilmenita, han sido reemplazados por átomos de
magnesio (Mg2+). Para 20 h aparecen las fases: suessite
(Fe3Si), con una reflexión intensa en 45.21º (2-theta); hisingerite (Fe2Si2O7xH2O) con una reflexión intensa en 34.33°
(2-theta) y dolomita [CaMg(CO3)2] con una reflexión intensa en 35.25º (2-theta). Para 40 h se aprecia únicamente la
fase dolomita. Asi mismo, se observa un ensanchamiento de
los picos y un aumento del grado de amorfización. Todo
esto es causado presumiblemente por los efectos de molienda de soldadura y fractura: estructura desordenada y disminución del tamaño de grano [4,5].
En la Fig. 2 se muestran los espectros Mössbauer para los
diferentes tiempos de molienda. Para ajustar los espectros,
se ensayaron varias formas de ajuste, elegiéndose como el
mejor modelo cuatro dobletes y tres sextetos. Un sexteto
corresponde a la fase α-hematita con parámetros hiperfinos
IS = 0.351mm/s, QS = - 0.256mm/s y Bhf = 51.2T y dos
sextetos de la fase magnetita, espinela inversa con parámetros hiperfinos IS = 0.274 mm/s, QS = 0mm/s, Bhf = 49.0T
y IS = 0.590 mm/s, QS = 0 mm/s, Bhf = 45.6T respectivamente; que corresponden a la contribución de sus dos sitios
cristalinos, uno tetraédrico (sitio A) ocupado por Fe3+ y otro
octaédrico (sitio B) ocupado normalmente por Fe3+ y Fe2+
en iguales cantidades [8].
Para ajustar la parte central, se utilizaron tres dobletes correspondientes a las fases de la ilmenita y uno para la fase
almandine. Para esta última fase, con parámetros hiperfinos
IS = 1.270mm/s y QS = 3.600mm/s, su contribución fue de
tan solo el 3% de área relativa pero se mantiene constante
en todos los tiempos de molienda. Al igual que en DRX, los
efectos de fractura y soldadura con el tiempo de molienda se
evidencian en un ensanchamiento y un corrimiento de los
desvíos isomericos de la ilmenita. Los parámetros hiperfinos de las fases de ilmenita estan consignados en la Tabla 1,
los cuales son consistentes con los reportados en la literatura [9], donde se nota que la contribución en área de la ilmenita se favorece con el tiempo de activación mecánica, indicando una mayor disolución del mineral.
co) la ilmenita es el mineral que se encuentra en mayor
proporción [2]. Diversas investigaciones demuestran que el
tratamiento de molienda de alta energía aumenta la reactividad química de la ilmenita antes de realizar cualquier disolución ácida [3]. Este aumento en la reactividad química
está asociado con desordenes estructurales, incremento de
las distorsiones de celda, amorfización de las partículas del
mineral, formación de nuevas fases e inducción de defectos
en la estructura cristalina debido al tratamiento mecánico
[4,5]. En el presente estudio se reportan los resultados obtenidos de la caracterización de las transformaciones que
sufre la ilmenita de Puerto Colombia, cuando es sometida a
una molienda de alta energía y de esta forma hacer una
contribución al proceso de beneficio de la misma.
2. Parte Experimental
El mineral usado fue suministrado por INGEOMINAS. La
fracción rica en ilmenita fue recuperada del concentrado
gravimétrico a 0,60 T (teslas) y su composición química en
porcentaje en peso es la siguiente: Fe2O3, 45.02%; TiO2,
30.59%; SiO2, 9.96%; Na2O, 4.90%; Al2O3, 3.57%; MnO,
1.76%; CaO, 1.33%; SO3, 1,06% y MgO, 0.71%. Este analisis fue realizado en un espectrofotómetro de Fluorescencia
de Rayos-X de Energía Dispersa Shimadzu EDX 800 HS.
Se realizaron 3 ensayos de molienda por 10, 20 y 40 horas,
bajo una atmósfera de aire a temperatura ambiente. La relación de masa de polvo a masa de bolas (MP/MB) fue 1:10,
y la frecuencia de la molienda fue de 403,4 rpm. La muestra
original y las molidas fueron caracterizadas por EMT y
DRX. Los espectros Mössbauer fueron tomados a temperatura ambiente, usando una fuente de cobalto 57Co (Rh) y
una muestra de calibración de α-Fe. Los espectros se ajustaron con el programa MOSFIT [6]. Los difractogramas de
Rayos-X fueron tomados usando un difractómetro Rigaku
modelo DMAX/IIIB, con fuente de Cu/Kα, y monocromador de grafito. La toma de datos se llevo a cabo mediante
barrido continuo a una velocidad de barrido de 1.2°/min; y
la identificación de las fases se realizó con la ayuda del
programa Search/Match (v. 3.0.0.3) [7].
3. Resultados y Discusión
En la Fig. 1 se observan los patrones de difracción de rayosX para 10, 20 y 40 horas de molienda. El análisis confirma
que los picos más intensos corresponden a tres tipos de
ilmenita: una como la solución sólida ilmenita-hematita
(Fe1.35Ti0.65)O3 con una reflexión intensa en 32.47º (2-theta)
y dos como FeTiO3 con reflexiones intensas en 32.53º (2theta) y 32.87º (2-theta), respectivamente. Las tres fases se
diferencian cristalográficamente en sus constantes de celda
y densidad. Además, la solución sólida cristaliza en un
grupo espacial (R-3c) distinto al de las ilmenitas estequiométricas (R-3). De igual forma, se evidencia la presencia de los óxidos de hierro α-hematita (Fe2O3) y magnetita
4. Conclusiones
La activación mecánica de la ilmenita de Puerto Colombia
incrementa significativamente el desórden de su estructura y
favorece la formación de nuevas fases. Estos efectos inducidos por la molienda de alta energía son importantes desde
el punto de vista industrial porque generan aumentos significativos en la disolución del mineral, debido al incremento
de su reactividad química.
69
D. A. Varón et al.: Estudio de las Transformaciones del Mineral Ilmenita de Puerto Colombia Producidas Durante la Molienda de Alta Energía
Tabla No.1 Parámetros Mössbauer del mineral ilmenita obtenidos
mediante el ajuste.
1.0
IS* [mm/s]
QS [mm/s]
Γ [mm/s]
0.364
0.498
0.292
1.091
0.642
0.352
0h
0.729
1.644
0.812
0.334
0.533
0.668
10 h
1.103
0.729
0.386
0.787
1.857
0.492
0.360
0.472
0.414
20 h
1.096
0.718
0.380
0.818
1.842
0.500
0.334
0.737
0.598
40 h
1.097
0.767
0.382
0.950
1.614
0.358
* Desvíos isoméricos referidos al α-Fe natural
Muestra
Intensidad (u.a)
0.5
0h
*
0.0
1.0
G
0.5
10h
*
0.0
1.0
0.5
20h
H
D
S
*
0.0
1.0
0.5
5. Referencias
D
[1]
40h
*
[2]
0.0
30
35
40
2θ
45
[3]
[4]
[5]
Fig.1 Patrones de difracción de rayos-X para los diferentes tiempos de molienda. (■ilmenita; ■ilmenita-hematita; ■ilmenita;
■hematita; *almandine; ●magnetita). G:giekielite; D:dolomita; H:
hisingerite.
[6]
[7]
[8]
1,0
[9]
0,9
0h
1,0
% Transmisión
0,9
experimental
teórico
sextetos
ilmenita
ilmenita
almandine
ilmenita
10h
1,0
0,9
20h
0,8
1,0
40h
0,9
-10
Área [%]
8.72
31.6
11.9
19.7
21.8
10.2
14.4
28.0
8.58
33.2
19.5
6.43
-5
0
5
10
V (mm/s)
Fig.2 Espectros Mössbauer para los diferentes tiempos de
molienda.
70
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