Caracterización de las escorias de fusión del proceso de

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR
DECANANTO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
CARACTERIZACIÓN DE LAS ESCORIAS DE FUSIÓN DEL PROCESO DE
PRODUCCIÓN DE FERRONÍQUEL
Realizado por:
Carlos Eduardo Neret González
INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIÓN
Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales, Mención Cerámica
Sartenejas, Marzo 2004
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR
DECANANTO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
ACTA FINAL EN CURSOS EN COOPERACIÓN
CARACTERIZACIÓN DE LAS ESCORIAS DE FUSIÓN DEL PROCESO DE
PRODUCCIÓN DE FERRONÍQUEL
Realizado por:
Carlos Eduardo Neret González
Este trabajo de Cursos en Cooperación ha sido aprobado en nombre de la
Universidad Simón Bolívar por el siguiente jurado examinador:
_______________________________________
TUTOR ACÁDEMICO: Prof. Augusto Ruiz
_______________________________________
TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Alberto Parra
_______________________________________
JURADO EVALUADOR: Prof. Delia Gutiérrez Campos
Sartenejas, Marzo 2004
CARACTERIZACIÓN DE LAS ESCORIAS DE FUSIÓN DEL PROCESO DE
PRODUCCIÓN DE FERRONÍQUEL
RESUMEN
Realizado Por:
Carlos Eduardo Neret González
El presente trabajo consistió en la evaluación de las propiedades químicas, físicas,
microestructurales, y mecánicas de escorias de reducción, obtenidas de la reducción y fusión del
ferroníquel, en la empresa Minera Loma de Níquel, C.A. Esto con el fin de hallar formas de
aprovechamiento potenciales, para este material de desecho.
El análisis químico, determinó que su composición química, expresada en óxidos
elementales, está compuesta mayoritariamente por SiO2 (44.25%), MgO (38.03%), y FeO
(12.10%) y de forma minoritaria por Al2O3, NiO, Cr2O3, MnO, CaO, CoO y Cu2O, y trazas de
azufre y carbono. La basicidad de las escorias de reducción es ácida.
Por medio del análisis físico, se determinó que la densidad aparente es 2.95 g/cm3,
y la densidad de empaque es 1.59 g/cm3. El tamaño medio de partícula es 1.16 mm. La porosidad
presente, está compuesta principalmente por mesoporos, en una proporción de 14.53%, para un
volumen de poros de 0.049 cm3/g. La finura de Blaine para un retenido de 12.0% (tamiz 325), es
de 4145 ± 22 cm2/g.
El análisis estructural, realizado mediante DRX, MEB, EDX y microscopía óptica,
determinó que las escorias de reducción están compuestas por silicatos de magnesio y hierro del
grupo olivinos (forsterita), y por espinelas inversas del tipo CrFe2O4 y Fe3O4. Además, presentan
una fase metálica compuesta por Fe y Ni únicamente.
Las propiedades mecánicas del material, están caracterizadas por una alta dureza,
866.9 kgf/mm2 para la fase mayoritaria, una alta resistencia al desgaste por abrasión e impacto de
24.9%, una abrasividad superior a la del SiO2 y SiC, y un índice de molturabilidad de 27.51
kWh/Ton corta.
Los resultados obtenidos, constituyen una herramienta útil, para evaluar el
aprovechamiento de las escorias de reducción, en cementos, capas de rodadura, bases y sub-bases
de pavimentos y materiales abrasivos; por lo que se recomienda su evaluación.
DEDICATORIA
Recuerdo con mucha claridad todavía el día que en que me enteré que
había sido aceptado en la Universidad Simón Bolívar. Que rápido ha pasado el tiempo! Una frase
de una canción lo dice todo: “Sólo el futuro hace que el pasado se vaya, sólo la luz hace que la
oscuridad se desvanezca”. Pero, desde el primer día en que este proyecto personal empezó, ha
habido una persona que me ha dado todo su apoyo, todo su amor, y que es la verdadera
merecedora de todos estos logros alcanzados. Le dedicó este libro a mi madre, a quien no solo le
debo la vida, sino todo lo que hoy en día soy. Nunca podré encontrar forma alguna de
recompensar todo lo que me diste. Gracias, no sólo por ser una madre magnifica, sino por ser un
ejemplo de vida, un ejemplo de lucha y de constancia, lo cual es una gran enseñanza que dejaste
tanto a mí como a mis hermanos. ¿Cuántos momentos duros pasamos para llegar hasta acá,
verdad?. Pero lo logramos. Este donde este, haga lo que haga, y vaya donde vaya, podrás siempre
saber que lo que más amo en mi vida, eres tú.
AGRADECIMIENTOS
Gracias a Dios, por haberme dado salud y sabiduría para ir subiendo poco a poco, pero
firmemente, esta cima. Se que arriba hay una estrella que cuida de mi todo el tiempo y sé
que eres tú. Gracias!
A mi madre por su apoyo incondicional y estar ahí siempre. A mi padre, que aunque no
pudiste estar conmigo todo el tiempo, siempre me diste los mejores consejos, y estabas
ahí siempre dispuesto a darme una mano. Te quiero.
A la mejor Tía de todas, mi Tía Miriam, mi madre caraqueña. Gracias por tratarme como
tu hijo y darme todo tu amor. Siempre te tengo en mi corazón.
A mis hermanos Alejandro, Michel y Verónica, por su apoyo y su cariño. Al final, pese a
todo, seremos hermanos. Los quiero.
A mis amigos Isabel y Salvatore, por ser los mejores amigos que he tenido. Nunca
olvidare todos los buenos momentos que pasamos. Chancleeeta pues!.
A mis amigos: La Gran Nathaly, Caroli, Norma, Jesús, Felipe, Marielle, Adriana, Yelvis,
Jenny, Claudia, Joanna, Mari Carrabs, Jesús García, por todos los momentos que
compartimos y por ser personas especiales, de una gran calidad humana.
A la Prof. Yolanda de Abreu (Yoli), por todo su apoyo y su cariño. Más que una
profesora, una buena amiga, y una excelente persona. Gracias por abrirme las puertas en
Loma de Níquel y por toda la confianza que depositó en mí.
A todo el personal de Loma de Níquel. Gracias por dejarme entrar en su equipo, y por
brindarme la oportunidad de crecer y formarme profesionalmente en su empresa. En
especial a Waldecy de Castro, Juan Carlos Trull, Félix González, Mario de Abreu, Víctor
González, Jean Castellanos, José Estanga, José Rivas, Juan Montenegro, Reinaldo
Henríquez, Yoanna Acosta, Roberto Campello, y a todo el personal de las salas de control
de calcinación y reducción, así como al personal del laboratorio de control de calidad.
A los técnicos de la Universidad Simón Bolívar: Jennyvete León, Alicia Benítez (La
Cubana), Mónica Niño y Marcos González, por brindarme todo su apoyo y conocimientos
en este proyecto. Y por toda la paciencia que me tuvieron. En verdad, muchas gracias. Y
al coordinador del laboratorio “E”, Sr. Antonio de Santis, por haber facilitado los trabajos
en la Universidad.
A los profesores: Delia Gutiérrez Campos, Thierry Poirier, Ana Rivas, Norberto
Labrador, por toda la ayuda y colaboración prestada, la cual fue muy valiosa.
Al personal del Instituto de Ingeniería, Ing. José Rus y la Lic. Miriam Andara, por su
apoyo, materiales facilitados y confianza que depositaron en mi persona.
A todo el personal de Holcim de Venezuela, S.A. (Cementos Caribe), muy especialmente
al Ing. Jesús García Castillo, Jaime Gomez, Héctor Castillo, Juan Vásquez, Roberto
Rosario y Gian Raffainer, por abrirme incondicionalmente sus puertas. Gracias por
haberme permitido usar sus laboratorios en la Planta de San Sebastián y por haberme
permitido visitar la Planta de Puerto Cumarebo.
A la empresa Forjas de Oriente, C.A. (Fordoca), y en especial al Sr. Horacio Álvarez, por
el juego de bolas de acero para el molino de bolas donados a la Universidad Simón
Bolívar, a través de mi persona. Fueron de gran utilidad en mi trabajo. Gracias.
Al Ing. George Quercia, y Frank Ravetti, por todo su apoyo y colaboración que me
brindaron a mi persona y a Loma de Níquel, en cuanto a los trabajos de laboratorio
realizados en Intevep. Pude ver que todavía queda gente profesional y buena en Pdvsa.
Al personal de Fundatec, Prof. Freddy Arenas y Domingo Da Silva, por haber facilitado y
permitido la participación de Fundatec en este proyecto.
Al personal del IVIC, en especial al Sr. Juan Alfonso, por haber facilitado y permitido la
participación del IVIC en este proyecto.
Y por último, a mis dos tutores en este proyecto. Al Prof. Augusto Ruiz, por toda su
valiosa ayuda, por ser un excelente guía y una persona de una gran calidad humana. Fue
para mi un honor haber podido trabajar con usted. Mis más sinceros agradecimientos. Y al
Ing. Alberto Parra, por haberme permitido entrar a Loma de Níquel, por todo el apoyo
constante, y por haberme orientado en los momentos cuando más lo necesite. En Loma de
Níquel cuentan con un excelente profesional. Muchas gracias por todo.
ÍNDICE GENERAL
i. RESUMEN...................................................................................................................... iii
ii. DEDICATORIA………………………………………………………..….……….…. iv
iii. AGRADECIMIENTO Y/O RECONOCIMIENTO………………………..…….…… v
iv. ÍNDICE GENERAL
v. ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………............... vii
vi. ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………….......... ix
vii. LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS…………….…………...……..……… x
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………….…….……….… 1
2. OBJETIVOS……………………………………………………………….…….……….. 2
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS…………………………………………….….…………. 3
3.1. Descripción del proceso productivo de Minera Loma de Níquel, C.A…….……….… 3
3.2. Escorias de reducción……………………………………………………….………... 6
3.3. Basicidad de las escorias de reducción………….………………………….……….… 8
3.4. Muestreo y método estadístico.…………………………………………….……….....10
3.5. Caracterización de escorias de reducción granuladas….…………………….………..12
3.6. Espinelas…..………………………………………………………………….………..20
3.7. Silicatos………………………………………………………………………………..21
3.8. Ortosilicatos o nesosilicatos (olivinos y forsterita)…………………………………....22
3.9. Usos de las escorias en cementos..………………………………………………….…23
3.10. Uso de escorias en capas de rodadura, sub-bases y bases de pavimentos……………23
4. METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………….……25
4.1. Esquema general de la metodología experimental……………………………….……25
4.2. Variabilidad de la composición química de escorias de reducción……………….…...26
4.2.1. Levantamiento estadístico de la data de la composición química de
escorias de reducción, período: enero 2002 a julio 2003……..…………….…..26
4.2.2. Evaluación del sistema de muestreo de control de calidad de escoria………….27
4.2.3. Selección del área en planta para la recolección de muestras principales………28
4.3. Sistema de recolección de muestras principales…………………………………….…29
4.4. Caracterización de escorias de reducción…………………………………….……….. .32
4.4.1. Análisis químico……………………………………………………….…………32
4.4.1.1.
Preparación de polvos de escoria de reducción……………….………….32
4.4.1.2.
Espectroscopía de fluorescencia de rayos X (EDS)………………………33
4.4.1.3.
Espectroscopía de emisión atómica de plasma (ICP)…………………….33
4.4.1.4.
Determinación del contenido de carbono y azufre……………….………34
4.4.1.5.
Determinación del contenido de humedad……………………………….34
4.4.2. Análisis físico…………………………………………………………………….35
4.4.2.1.
Análisis granulométrico por tamizado……………………………………35
4.4.2.2.
Determinación de la densidad aparente y de empaque…………………...36
4.4.2.3.
Porosimetría….………………...…………………………………………37
4.4.2.4.
Método de permeabilidad de Blaine……………………………………..38
4.4.3. Análisis mineralógico y morfológico…….………………………………………39
4.4.3.1.
Preparación petrográfica………………………………………………….40
4.4.3.2.
Análisis petrográfico (microscopía óptica)…………………………….…41
4.4.3.3.
Difracción de rayos X (DRX)………………………………..…….……..42
4.4.3.4.
Microscopía electrónica de barrido (MEB) y Espectroscopía de rayos
X por dispersión de energía (EDX)………....……………………………42
4.4.4. Evaluación de propiedades mecánicas……………………………………………43
4.4.4.1.
Microdureza de Vickers (HV)…………………………………………….43
4.4.4.2.
Índice de trabajo de Bond…………………………………………………44
4.4.4.3.
Índice de abrasión……………………………………………….………..46
4.4.4.4.
Resistencia al desgaste por abrasión e impacto……………….…………..47
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………………….…………49
5.1. Caracterización de las escorias de reducción……………………………………………49
5.1.1. Propiedades químicas…………………………………………………………..…49
5.1.1.1.
Composición química……………………………………………………..49
5.1.1.2.
Contenido de carbono y azufre……………………………………………51
5.1.1.3.
Basicidad………………………………………………………………….51
5.1.1.4.
Contenido de humedad……………………………………………………51
5.1.2. Propiedades físicas………………………………………………………………..52
5.1.2.1.
Densidad real y densidad aparente………………………………………..52
5.1.2.2.
Granulometría……………………………………………………………52
5.1.2.3.
Porosidad…………………………………………………………………56
5.1.2.4.
Finura de Blaine………………………………………………………….58
5.1.3. Propiedades mineralógicas y morfológicas………………………………………59
5.1.3.1.
Características morfológicas……………………………………………...59
5.1.3.2.
Difracción de rayos X…………………………..………………………..60
5.1.3.3.
Análisis químico de las fases microestructurales…………………………62
5.1.4. Propiedades mecánicas…………………………………………………………...69
5.1.4.1.
Dureza…………………………………………………………………….69
5.1.4.2.
Molturabilidad…………………………………………………………….71
5.1.4.3.
Abrasividad……………………………………………………………….73
5.1.4.4.
Resistencia al desgaste por abrasión e impacto…………………………..74
5.2. Evaluación de usos potenciales de escorias de reducción……………………………….75
5.2.1. Factibilidad de uso en cementos…………. …………………………………...…76
5.2.2. Factibilidad de uso en capas de rodadura, bases y sub-bases…………………….79
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………………………..81
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………………….84
8. APÉNDICES…………………………………………………………………………………87
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura No. 3.1. Flujograma del proceso fabril de MLDN
Figura No. 3.2. Rango de basicidad en el diagrama ternario FeO-MgO-SiO2
Figura No. 3.3. Variación de la viscosidad por efecto de la basicidad
Figura No. 3.4. Tipos de señales empleados en un MEB
Figura No. 4.1. Diagrama de flujo del método experimental
Figura No. 4.2. Sistema de muestreo de escorias de reducción
Figura No. 4.3. Esquema general del sistema de recolección de muestras principales
Figura No. 4.4. Esquema del equipo de erosión de refractarios
Figura No. 5.1. Variación total de la composición química con respecto a la composición
química promedio
Figura No. 5.2. Curva de distribución promedio de tamaño de partícula
Figura No. 5.3. Distribución promedio de tamaño de partícula
Figura No. 5.4. Distribución de tamaño de partícula de acuerdo a la ecuación de Shuhmann
Figura No. 5.5. Fotografías en microscopio óptico a 100x de escorias de reducción
Figura No. 5.6. Fotomicrografías de poros presentes en escorias de reducción
Figura No. 5.7. Finura de Blaine en función del retenido en tamiz No. 325 (%) de escorias
Figura No. 5.8. Morfología de partículas de escorias de reducción, antes de la molienda
Figura No. 5.9. Morfología de partículas de escorias de reducción, posterior a la molienda
Figura No. 5.10. Difractograma típico de escorias de reducción. O = Forsterita X = Espinelas
Figura No. 5.11. Fotomicrografías de escorias de reducción en MEB a magnificación de 500x
Figura No. 5.12. Composición química por EDX de fase gris oscura, fase gris clara y fase clara
Figura No. 5.13. Composición química por EDX de fase metálica
Figura No. 5.14. Composición química por EDX de la fase nodular clara de tamaño pequeño
Figura No. 5.15. Fotomicrografías de la microestructura de escorias de reducción en MEB
Figura No. 5.16. Fotomicrografías de grietas y fracturas en la microestructura de escorias
Figura No. 5.17. Microdureza de Vickers (HV) de escorias de reducción
Figura No. 5.18. Índice de trabajo de Bond de escorias de reducción
Figura No. 5.19. Energía consumida en el proceso de molienda de escorias de reducción
Figura No. 5.20. Índice de abrasión promedio de los materiales evaluados
Figura No. 5.21. Resistencia al desgaste por abrasión e impacto de escorias de reducción
Figura No. 8.1. Equipos empleados en el análisis granulométrico
Figura No. 8.2. Tamaños de partículas de las escorias de reducción
Figura No. 8.3. Ficha JCPDS No. 34-0189 del compuesto forsterita Mg2SiO4
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla No. 4.1. Variabilidad de la composición química de escorias de reducción
Tabla No. 4.2. Evaluación del método de muestreo de las escorias de reducción
Tabla No. 5.1. Composición química de escorias de reducción
Tabla No. 5.2. Contenido de carbono y azufre en escorias de reducción
Tabla No. 5.3. Porosidad de escorias de reducción
Tabla No. 5.4. Índice de abrasión de escorias de reducción
Tabla No. 8.1. Composición química de escorias de reducción (elementos mayoritarios)
Tabla No. 8.2. Composición química de escorias de reducción (elementos minoritarios)
Tabla No. 8.3. Variabilidad de la composición química de escorias de reducción
Tabla No. 8.4. Contenido de carbono y azufre en escorias de reducción
Tabla No. 8.5. Contenido de humedad de lote presente en escorias de reducción
Tabla No. 8.6. Densidad aparente de escorias de reducción
Tabla No. 8.7. Densidad de empaque de escorias de reducción
Tabla No. 8.8. Distribución promedio de tamaño de partícula de escorias de reducción
Tabla No. 8.9. Porcentaje de retenidos en tamiz No. 325 para escorias de reducción
Tabla No. 8.10. Finura de Blaine de escorias de reducción
Tabla No. 8.11. Microdureza de Vickers (HV) de las escorias de reducción
Tabla No. 8.12. Índice de trabajo de Bond de las escorias de reducción
Tabla No. 8.13. Energía consumida en la molienda de escorias de reducción
Tabla No. 8.14. Factores de corrección para la energía consumida en la molienda
LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
EDS
Espectroscopía de fluorescencia de rayos X
ICP
Espectroscopía de emisión atómica de plasma
DRX
Difracción de rayos x
MEB
Microscopía electrónica de barrido
EDX
Espectroscopía de rayos x por dispersión de eléctrones
HV
Dureza de Vickers
MLDN
Minera Loma de Níquel, C.A.
USB
Universidad Simón Bolívar
H1
Horno de reducción No. 1
H2
Horno de reducción No. 2
INTEVEP
Centro de investigación y apoyo tecnológico. Filial de Petróleos de
Venezuela. S.A.
BET
Método de adsorción de nitrógeno (Brunaer – Emmett - Teller)
K
Módulo de tamaño
α
Módulo de distribución
PPM
Preparación de mineral
MAS
Muestreo aleatorio simple
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
La empresa Minera Loma de Níquel, C.A., produce un sub-producto de desecho,
denominado Escoria de Reducción, producto del proceso de reducción y fusión del mineral, para
la obtención de ferro-níquel, como producto final de su proceso productivo. La escoria de
reducción, es evacuada de los hornos de fusión en forma líquida, proceso denominado sangrado
de escoria, a través de canales, los cuales transportan al material hasta un caudal de agua,
produciendo un choque térmico, enfriando y granulando el material rápidamente. Estas escorias
se depositan temporalmente en unas piscinas, denominadas piscinas de escorias y son
transportadas finalmente, mediante palas y cintas transportadoras, hasta un vertedero de
desechos, denominado parque de escoria.
La vida útil de la planta y mina es de 30 años aproximadamente, y la producción
de este sub-producto es en promedio de 1000 toneladas diarias. Sin embargo, tras 4 años del
inicio de su actividad comercial, la capacidad del parque de escoria, es insuficiente. El diseño
original de este vertedero, en cuanto a su capacidad de almacenamiento, se hizo empleando una
tasa de producción de este sub-producto, sustancialmente menor. Al actual ritmo de producción,
el almacenamiento de este desecho puede constituir un gran problema para la empresa, al cabo de
pocos años.
Por este motivo, el re-acondicionamiento del parque de escoria, o el estudio de la
escoria de reducción, con el fin de encontrar formas de aprovechamiento del mismo,
económicamente factibles, es un reto que la empresa deberá enfrentar en el corto plazo.
La revisión bibliográfica realizada, como paso previo al desarrollo de este
proyecto, pudo determinar que en diversos países europeos y Estados Unidos, se ha logrado el
aprovechamiento con éxito de escorias de acerías, como agregados en cementos y concretos,
capas de rodadura, bases y sub-bases de carreteras.
Se propuso la caracterización de este material, para conocer sus propiedades
químicas, físicas, microestructurales y mecánicas; y posteriormente, sugerir usos potenciales para
su aprovechamiento, tales como los que se emplean en las escorias de acerías.
CAPITULO II
OBJETIVOS
2.1. Objetivo general.
Caracterizar las escorias de reducción obtenidas del proceso de producción de
ferroníquel, de la empresa Minera Loma de Níquel, C.A. y evaluar posibles usos potenciales para
su aprovechamiento.
2.2. Objetivos específicos.
2.2.1. Realizar un estudio estadístico de la variabilidad de la composición química de las
escorias de reducción registrada en planta, durante el período: Enero 2002 – Julio
2003.
2.2.2. Evaluar la eficiencia del sistema de muestreo de control de calidad de escorias de
reducción.
2.2.3. Diseñar un sistema práctico y eficiente de recolección de muestras para el trabajo de
caracterización de escorias de reducción, basado en un método estadístico.
2.2.4. Realizar un análisis químico del material mediante ensayos de determinación de
contenido de carbono y azufre, contenido de humedad, EDS e ICP.
2.2.5. Realizar un análisis físico del material mediante ensayos de picnometría de polvos,
permeabilidad de Blaine, porosimetría y tamizado.
2.2.6. Realizar un análisis mineralógico y morfológico del material mediante ensayos de
EDX, DRX, MEB y microscopía óptica.
2.2.7. Evaluar las propiedades mecánicas del material mediante ensayos de índice de trabajo
de Bond, índice de abrasión, microdureza de Vickers, y resistencia al desgaste por
abrasión e impacto.
2.2.8. Evaluar la factibilidad de uso de las escorias de reducción como agregado en:
cementos, capas de rodaduras, bases y sub-bases de carreteras.
CAPÍTULO III
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1. Descripción del proceso productivo de Minera Loma de Níquel, C.A.
El depósito de Loma de Níquel, situado a 80 kilómetros al suroeste de Caracas, en
los Estados Miranda y Aragua, está localizado en el sector noreste del cinturón niquelífero de
Tinaquillo, el cual, además de significar el mayor depósito de níquel del país, también incluye
manifestaciones de otros metales básicos y minerales industriales. Las exploraciones efectuadas
en Loma de Níquel indican que este yacimiento contiene alrededor de 38,5 millones de toneladas
de material, con un contenido de 1,50% promedio de níquel.
El proceso fabril de Loma de Níquel, se realiza en cinco etapas, las cuales serán
descritas a continuación. La figura 3.1, presenta el flujograma del proceso fabril de la empresa.
3.1.1. Extracción del mineral de la mina.
El yacimiento consiste de una mina a cielo abierto, ubicado aproximadamente a
4.5 km aguas arriba de la planta procesadora, el cual es explotado usando el método de
excavaciones por terrazas de cinco metros de altura y pendientes de hasta 34 grados. A través de
palas excavadoras, el mineral es extraído y cargado a camiones para el transporte del mineral a la
primera de fase del proceso, o preparación de mineral.
El programa para extraer, apilar y transportar el níquel está diseñado para una tasa
de producción de 1.3 millones de toneladas secas por año durante un periodo de 30 años, con un
contenido de níquel de 1.50%. Se ha previsto un completo plan de reforestación para la
recuperación de las zonas explotadas. (1)
3.1.2. Preparación de mineral (PPM).
El mineral es llevado en camiones de 55 toneladas de capacidad, desde la mina
hasta la planta de procesamiento, a una primera de fase preparación o reducción de tamaño. Aquí
se separa en una criba fija la fracción mayor a 250 mm, donde es reducido a menos de 250 mm
por una trituradora de mandíbulas. Esta fracción se une con la pasante de la criba y es enviada por
correas transportadoras a una trituradora de rodillos, donde es reducido hasta alcanzar un tamaño
máximo de 60 mm. Debido a que el proceso aguas arriba de calcinación y reducción en horno
eléctrico es sensitiva a las variaciones en el nivel de Fe y de la relación SiO2/MgO, deben
tomarse previsiones para la homogeneización del material que entra al proceso. Para tal fin,
además de una explotación selectiva del yacimiento, se utiliza un apilador automático, para la
preparación de dos pilas de 90.540 toneladas secas cada una, siguiendo un método de apilación
que garantiza la homogeneización. Los equipos hasta esta fase de operaciones tienen una
capacidad máxima de 534 t/h húmedas. La pila conformada tendrá una composición de 1.50% a
1.78% de Ni, 13.8 a 21.4% de Fe y relación SiO2/MgO de 1.39.
Debido a que el mineral en la temporada de lluvia podría tener hasta un 30% de
humedad, su utilización en estas condiciones acarrearía problemas en los sistemas del proceso
aguas abajo. Por tal motivo, se requiere secar el mineral hasta un 15 a 18% de humedad, de
acuerdo a la condición mínima, para evitar la generación de polvo en los sistemas. Un
recuperador de cangilones automático, recupera de forma continua el mineral para llenar un silo
de 25 t que sirve para controlar la alimentación al horno secador. Este consiste de un tambor
rotativo, de 4 m de diámetro y 27 m de largo, que usa como combustible gas natural, el cual tiene
una capacidad máxima de 234 t/h (base húmeda). Una vez secado el mineral, éste pasa a una
última etapa de reducción de tamaño a máximo 15 mm, en una trituradora de rodillos para luego
ser almacenado en una pila cubierta de 12.000 t secas. (1)
3.1.3. Calcinación del mineral.
El mineral pasa por un proceso de calcinación para la eliminación del agua
química y pre-reducción parcial del hierro presente, utilizando carbón como un agente reductor.
Esto se realiza en dos hornos rotativos que miden 5 metros de diámetro por 120 metros de
longitud cada uno, a una temperatura de 1000 ºC. El quemador utiliza gas natural con previsión
de gasoil para contingencias. La capacidad de los hornos es de 90 t/h, siendo la carga de carbón
mineral de 5% en peso. El proceso es controlado para la obtención de una pre-reducción de
mínimo 80%
y una eliminación total del agua. Los materiales finos recolectados en las
estaciones de desempolvado de planta (precipitadores electrostáticos, filtros de mangas, etc.) son
enviados a la planta de peletetización, donde a un disco rotativo de 5.5 m de diámetro, se le
agrega agua y una porción de mineral fino del área de secador, para su incorporación a la
alimentación de los calcinadores. (1)
3.1.4. Reducción – fusión del mineral.
El mineral pre-reducido y calcinado es introducido en dos hornos de arco eléctrico
sumergido de 17.5 m de diámetro y 45 mVA, donde la generación de un arco eléctrico sobre la
carga de mineral, genera el calor para su fusión a aproximadamente 1650 ºC. En el proceso, se
crean dos fases: una de menor densidad o escoria, consistente principalmente de compuestos de
Si y Mg, y otra mas pesada o fase metálica con una proporción importante de Ni y Fe. El control
del proceso se realiza a través de la dosificación de carbón al horno. Se controla así, el grado de
reducción de Fe y Ni, como también las pérdidas de Ni en la escoria. La escoria, representa
aproximadamente el 70% de la carga, y la misma es granulada durante su colada por una
corriente de agua, para su posterior transporte por cintas transportadoras hasta un lugar de
desecho previamente aislado y seguro. La fase metálica, es colada cada cuatro horas en cucharas
para su posterior depuración o refino de impurezas como, azufre, fósforo, carbón y silicio, de
acuerdo a los requerimientos de los clientes. El consumo de energía específico en la operación es
de 560 kWh/t y la recuperación de níquel desde el mineral a la fase metálica, de 90%. (1)
3.1.5. Refinación del mineral.
Se inicia la inyección de oxígeno y adición de cal en forma controlada, para la
primera fase de remoción del nivel de fósforo, el cual pasará a la escoria de refinación o afino.
Esta escoria,
está formada por todos los compuestos considerados impurezas y que son
removidos del metal mediante un equipo especial para este fin. Posteriormente, la cuchara es
integrada a un sistema de calentamiento mediante electricidad, a través de electrodos de grafito,
para conformar un horno de arco tipo cuchara de 9 mVA, donde, el metal, a una temperatura de
1600 ºC, será desoxidado con la adición de aluminio y ferrosilicio. Con la adición de una mezcla
de fluorita y cal, y con una buena agitación del baño, mediante la purga de nitrógeno a través de
un tapón poroso, se realizará la reducción del nivel de azufre, que en ciertos casos se ayuda con la
inyección de calcio silicio en alambre, cuando se requiere de mayor celeridad en la reducción del
azufre. Mediante un tomamuestras de inmersión, son tomadas muestras especiales para el control
del grado de los elementos químicos considerados impurezas.
La ferro-aleación (FeNi) líquida, es granulada en un tanque especial de agua,
donde el metal se vacía o cuela de la cuchara, mediante el sistema de válvula deslizante, en un
canal revestido con material refractario de alta alúmina y bajo cemento, el cual controla el flujo
del metal que caerá al disco granulador, quien a su vez, determina el tamaño y la forma del
ferroníquel final. Este material producido, es secado y tamizado hasta ser depositado en silos para
su despacho. El tamaño de partícula final de ferroníquel, esta en el orden de 3 a 30 mm y la
composición final del ferro-níquel es: Ni 20 – 35%, Si máx. 0.03%, C máx. 0.04%, S máx.
0.06%, P máx. 0.03%. (1)
3.2. Escorias de reducción.
Las escorias de reducción, son un sub-producto de desecho, que se obtiene de la
reducción del Fe2O3 a FeO, y la fusión del mineral, en hornos de arco eléctrico. Es un material no
metálico, consistente de una mezcla de óxidos y silicatos. La formación de escorias se realiza
para favorecer las reacciones químicas de los procesos de fusión y afino. El mayor volumen de
escorias, se origina durante el proceso de fusión, donde se produce la fase de reducción del
líquido fundido. (1,2)
Durante el proceso de reducción y fusión, se producen dos fases en los hornos de
arco eléctrico. Una fase metálica, de mayor densidad, la cual se deposita en la parte inferior del
horno, y que constituye el metal; y otra fase no-metálica, de menor densidad, que se ubica por
encima de la fase metálica, y la cual representa el 70% aproximadamente, y que constituye la
escoria de reducción.
Las escorias de reducción, son coladas o evacuadas, de los hornos de fusión, a
través de canales, los cuales transportan a las escorias hasta un caudal de agua, produciendo un
choque térmico del material, el cual lo enfría y granula, para finalmente desembocar en las
piscinas de escorias. El proceso de evacuación de las escorias de reducción, de los hornos de
reducción, se denomina sangrado de escoria. Posteriormente, mediante camiones-palas, y cintas
FIGURA 3.1. Flujograma del proceso fabril de Minera Loma de Níquel, C.A. (1)
transportadoras, se trasladan las escorias hasta un vertedero de desechos, denominado parque de
escorias. (3)
La temperatura de la escoria tiende a ser controlada, alrededor de los 1650 ºC. La
composición química de las escorias de reducción, tiene que ser optimizada, a fin de:
•
Ajustar el contenido de níquel, el cual puede ser controlado a través del
contenido de FeO y NiO, en las escorias de reducción.
•
Producir una baja viscosidad de las escorias de reducción, a fin de proveer una
permeabilidad suficiente para la reducción de gases.
•
Minimizar las pérdidas de energía o electricidad, lo que equivale a una baja
conductividad de las escorias de reducción.
•
No producir un supercalentamiento o calentamiento excesivo, que deteriore los
refractarios de los hornos, más rápidamente. (3)
Sin embargo, dentro de la composición química, el contenido de FeO y la relación,
SiO2/MgO, desempeñan un papel importante. El contenido de FeO, en las escorias de reducción,
tiende a ser controlado alrededor de 18%. Un decrecimiento del contenido de FeO, produce un
incremento en la temperatura y en viscosidad de la escoria, pero disminuye la conductividad
térmica de las mismas.
En este proceso, la relación SiO2/MgO, se denomina basicidad de la escoria. Una
disminución de dicha relación, produce la misma influencia que produce el FeO tanto en la
temperatura y la conductividad térmica, pero tiende a aumentar la viscosidad de las mismas. (2)
3.3. Basicidad de la escorias de reducción.
Se entiende por basicidad de la escoria, la relación CaO/SiO2, en su composición
química. También se utilizan otras formulaciones donde se incluye la relación (CaO +
MgO)/(SiO2 + Al2O3), denominada esta última, basicidad cuaternaria.
(2)
Sin embargo, estas
relaciones no son únicas ni limitativas, y no existe una escala comparativa de basicidad.
Las escorias de reducción, a diferencia de las escorias de acerías por ejemplo,
presentan un contenido de CaO, que no sobrepasa el 0.1%. Por esta razón, la basicidad de las
escorias de fusión, obtenidas de la producción de ferroníquel, es definida por la relación
SiO2/MgO. Si el contenido de SiO2 es mayor al contenido de MgO, la relación SiO2/MgO es
mayor a 1, y la escoria es ácida. Por el contrario, si la relación se invierte, la escoria es básica. (4)
La relación SiO2/MgO, se emplea principalmente, para determinar la viscosidad de
las escorias de reducción. La fluidez de
una escoria está relacionada con la facilidad de
escorificación, y está medida por su viscosidad.
(5)
Para el caso de las escorias de reducción, el
rango de valores óptimos para la relación SiO2/MgO, comprenden de 1.1 a 1.7. Este rango de
valores, fue ubicado en un diagrama ternario FeO – MgO – SiO2.
FIGURA 3.2. Rango de basicidad en el diagrama ternario FeO-MgO-SiO2. (3)
Diferentes estudios realizados, en otras plantas de producción de ferroníquel,
pertenecientes al mismo consorcio de Loma de Níquel, han podido demostrar, que valores fuera
del rango óptimo de basicidad, bien sea menores a 1.1 o mayores a 1.7, producen de igual forma
un aumento de la viscosidad de las escorias de reducción. La figura 3.3, muestran el
comportamiento de la viscosidad en relación a la basicidad. (4)
FIGURA 3.3. Variación de la viscosidad por efecto de la basicidad. (4)
La figura 3.3 presenta el rango de basicidad descrito para el proceso, el cual varía
entre 1.1 y 1.7. Este rango de basicidad, genera un rango de viscosidad de las escorias de
reducción, considerado óptimo para el proceso, el cual varía entre 0.50 y 1.30 poise.
3.4. Muestreo y método estadístico.
El muestreo es la disciplina que trata con el conjunto de técnicas para tomar u
obtener una muestra, y a su vez, la teoría del muestreo estudia la relación entre una población y
las muestras tomadas en ella. (6)
El muestreo presenta tres categorías, probabilística, semi-probabilístico y no
probabilístico. El muestreo no probabilístico se hace mediante reglas de decisión matemáticas
que no permiten discreción al investigador, por ello es posible calcular el error muestral. En
cambio, en el muestreo probabilístico, se utiliza el criterio del investigador, por lo que no es
posible conocer el error muestral. No se puede conocer la exactitud de los estimados. (6)
Existen diferentes tipos de muestreo, entre los que se encuentra el muestreo
aleatorio simple (MAS). Este muestreo, se trata de un procedimiento de muestreo (sin
reemplazamiento), en el que se seleccionan n unidades de las N en la población, de forma que
cualquier posible muestra del mismo tamaño, tiene la misma probabilidad de ser elegida. Se
realizan n selecciones independientes, de forma que en cada selección, los individuos que no han
sido elegidos tengan la misma probabilidad de serlo. El procedimiento habitual, consiste en
enumerar todos los elementos de la población y se seleccionan muestras del tamaño deseado,
utilizando una tabla de números aleatorios, o un programa de ordenador, que proporcione
números aleatorios. Entre las ventajas de este procedimiento, esta la compensación de valores
altos y bajos, con lo que la muestra tiene una composición similar a la de la población; es además
un procedimiento sencillo y produce estimadores de los parámetros desconocidos próximos a los
valores reales de los mismos. (7)
Otro aspecto importante del muestreo, son las distribuciones de muestreo. Una de
las más comunes asociadas al muestro aleatorio simple, es la distribución normal. Consideremos
todas las posibles muestras de tamaño N en una población dada (con o sin reposición). Para cada
muestra, se puede determinar un estadístico (tal como la media o la desviación típica), que variará
de muestra en muestra. De esta manera, se obtiene una distribución del estadístico que se llama
su distribución de muestreo. Para valores grandes de N (N ≥ 30), la distribución de muestreo de
medias es aproximadamente normal con media µX y desviación típica σx, independientemente de
la población. Esta distribución de muestreo, se denomina distribución de muestreo normal.
La desviación típica de una distribución de muestreo de un estadístico, se suele
llamar su error típico. Entre los errores típicos más comunes empleados, se encuentra la
desviación estándar o desviación típica de muestreo de medias, la cual se aplica tanto a muestras
grandes y pequeñas, y viene dada por la relación:
σx =
σ
N
Ecuación (3.1)
Donde σ es la desviación típica de la población y N el número total de muestras. (6)
Otro parámetro que se puede asociar al muestreo estadístico, es el intervalo de
confianza. A diferencia de la desviación típica, el cual es un parámetro estadístico; el intervalo de
confianza, es un parámetro probabilístico, el cual denota el porcentaje de probabilidad de que la
media o valor promedio de una población, se encuentre en un determinado intervalo, denominado
intervalo de confianza. El porcentaje de confianza se suele llamar nivel de confianza, y cada nivel
de confianza está denotado por los coeficientes de confianza o valores críticos, zc. Por ejemplo,
un nivel de confianza de 99%, tiene un zc = 2.58. Los intervalos de confianza para las medias,
viene dada por la siguiente relación:
X ± zc
σ
N
Ecuación (3.2)
Donde X es la media o valor promedio. Por ejemplo, un intervalo de confianza de 99%,
expresado como 3.14 ± 0.20, indica, que el valor promedio 3.14, posee un 99% de probabilidad
de estar ubicado en el rango de (3.14 – 0.20) y (3.14 + 0.20). (6,7)
3.5. Caracterización de escorias de reducción granuladas.
La caracterización de escorias de reducción granuladas, se puede realizar a través
de una amplia variedad de ensayos, normalizados, que determinan las propiedades químicas,
físicas, estructurales, microestructurales, morfológicas y mecánicas de las escorias de reducción.
Los ensayos a realizarse, deben estar condicionados a los objetivos que perciben la
caracterización del material, los laboratorios donde puedan ser realizados, el costo de los ensayos
y el tiempo de ejecución de los ensayos.
3.5.1. Espectroscopía de fluorescencia de rayos X (EDS) o espectroscopía de
rayos X por dispersión de energía (EDX).
Son métodos de análisis químico cuantitativo, que permiten la determinación de la
composición química de una amplia variedad de muestras. Esta técnica, se basa en la
determinación de la intensidad de emisión de fotones provenientes de las moléculas, las cuales
son excitadas electrónicamente por la absorción de fotones en la región ultravioleta/visible, lo
cual es denominado luminiscencia molecular e incluye la fluorescencia y fosforescencia. Una de
las limitaciones de esta técnica, es que algunos equipos, sólo pueden evaluar el contenido de
elementos químicos a partir del boro. La composición química se expresa en forma de óxidos
elementales. (8)
3.5.2. Espectroscopía de emisión atómica de plasma (ICP).
Es una técnica analítica de análisis químico cuantitativo y cualitativo, que permite
la detección de más de 70 elementos químicos, incluso en el rango de partes por billón (ng/mL) a
partes por millón (µg/mL). Permite, por ende, la determinación de elementos mayoritarios,
minoritarios y trazas. Se basa en los principios de espectroscopía atómica, y en teoría aplica a
todos los elementos, excepto para el árgon. Las muestras son analizas como soluciones de 5 a 50
mL, y con un contenido de sólidos de 10 a 500 mg. A pesar de que la preparación de soluciones
requiere incluso de hasta 16 horas, es una técnica más eficiente que las técnicas de emisión y
absorción atómica tradicionales, ya que sólo se requiere de una solución para todos los elementos
químicos a ser determinados. (8)
3.5.3. Análisis elemental.
El análisis elemental es una técnica que proporciona el contenido total de
elementos tales como, carbono, azufre, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, en muestras sólidas
elaboradas en cualquier proceso de síntesis. El método analítico se basa en la oxidación completa
e instantánea de la muestra, que transforma todos los compuestos en productos de combustión.
Los gases resultantes de la combustión, son transportados mediante el gas portador (He), a través
de un tubo de reducción y después selectivamente separados en columnas específicas, para ser
luego desorbidos térmicamente. Finalmente, los gases pasan de forma separada por un detector de
conductividad térmica, que proporciona una señal proporcional a la concentración de cada uno de
los componentes individuales de la mezcla. En el caso de azufre y oxígeno, se puede realizar por
espectroscopía infrarroja. (9)
3.5.4. Contenido de húmedad de lote.
La porción de muestra para ensayo se seca, en aire, a 105 ºC, hasta obtener un peso
constante; luego se mide la pérdida de peso resultante. De allí se calcula el contenido de
humedad. Este ensayo se puede realizar por medio de la norma COVENIN 1723:2000.
(10)
La
masa mínima de muestra, para la determinación de la humedad de lote, es de 1 kg.
Previo a la molienda del producto granulado, es necesario eliminar por secado el
exceso de agua retenida, operación que demanda tanta más energía cuando mayor es el contenido
de agua de la escoria. Este aspecto no afecta a las propiedades finales del producto pero
interviene en la ecuación económica del proceso global. (11)
3.5.5. Densidad aparente y densidad de empaque.
La densidad es una propiedad física de los agregados y está definida por la
relación entre el peso y el volumen de una masa determinada, lo cual significa que depende
directamente de las características del grano de agregado.
Como, generalmente, las partículas de agregado tienen poros, tanto saturables
como no saturables, dependiendo de su permeabilidad interna pueden estar vacíos, parcialmente
saturados o totalmente llenos de agua; se genera una serie de estados de humedad a los que
corresponde idéntico número de tipos de densidad. (12)
La densidad aparente, establece la relación entre la masa en el aire de un volumen
dado de agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables (pero sin incluir los vacíos
entre las partículas), y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una
temperatura establecida. Se determina empleando la picnometría de polvos, de acuerdo a la
norma ASTM C 128 – 88. (12)
La densidad de empaque, es de mucha utilidad en la industria, ya que es una
medición sencilla y rápida. Se determina por el desplazamiento de un volumen de agua que
produce una determinada masa de muestra. En el caso de materiales granulados, se puede
determinar empleando la norma ASTM de refractarios, ASTM C 357 – 91. (13)
3.5.6. Granulometría.
El análisis granulométrico, se realiza por medio del tamizado, el cual es un
método de determinación del tamaño de partículas, basado en la similitud geométrica que
consiste en dejar pasar una determinada cantidad de material, por una serie de tamices que poseen
mallas progresivamente decrecientes. Permite evaluar diferentes parámetros, tales como, la
distribución del tamaño de partícula, el tamaño medio o mediana de la distribución, tamaño más
frecuente en la distribución, módulo de tamaño y módulo de distribución. (14)
La curva de Schuhmann es una gráfica log-log, en la que se representa el
porcentaje en peso que pasa un determinado tamiz en función del tamaño de partícula,
obteniéndose una línea recta de pendiente α. La ecuación que define la curva es:
α
⎛x⎞
y=⎜ ⎟
⎝k⎠
Ecuación (3.3)
Donde y es el porcentaje que pasa un determinado tamiz, x es el tamaño de la
partícula, k es el módulo de tamaño y α es el módulo de distribución. (14)
El módulo de tamaño proporciona información acerca del tamaño máximo teórico
de las partículas en la muestra, mientras que el módulo de distribución establece la relación de
peso a tamaño relativo. (14)
Este análisis, se puede realizar de acuerdo a la norma COVENIN 2231:2000.
(15)
Los tamices a ser empleados en el análisis granulométrico, deben cumplir con la norma ASTM
E – 11. (15)
3.5.7. Finura de Blaine.
Es una característica íntimamente ligada al valor hidráulico del cemento, ya que
influye decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas que tienen lugar durante su
fraguado y primer endurecimiento. Para la determinación de la finura de molido, se emplea el
método de permeabilidad de Blaine. Consiste en determinar la superficie de un gramo de cemento
cuyas partículas estuviesen totalmente sueltas, expresándose en centímetros cuadrados. La finura
de Blaine, varía de acuerdo a la proporción o cantidad de partículas finas en el material. Se
emplea el tamiz No. 325 (45 µm), como tamaño de referencia. A mayor porcentaje de material
retenido en tamiz No. 325, menor es la finura de Blaine del material y viceversa. Se determina de
acuerdo a la norma ASTM C 204 – 92. (17)
3.5.8. Método BET (Brunaer – Emmett - Teller).
Consiste en la determinación de la cantidad de gas adsorbido por la superficie en
una monocapa a una presión relativa. Durante el proceso de adsorción, la presión de vapor se
incrementa en la superficie del sólido, en la cual se comienza a recubrir por el adsorbente. Para la
determinación de la superficie específica utilizando este método, se mide la cantidad de gas
absorbido por la monocapa en la superficie de un polvo, conociendo el área ocupada por una
molécula de gas adsorbido (adsorbente). El área específica determinada por este método incluye
la superficie de poros, por lo cual resulta de gran importancia en la determinación de porosidades
de un polvo. El nitrógeno es el adsorbente más utilizado debido a que su adsorción es muy fácil
en la mayoría de las superficies de sólidos. (18)
3.5.9. Difracción de rayos X (DRX).
La difracción de rayos X es una técnica de uso general para la identificación
cualitativa y cuantitativa de sustancias cristalinas. Permite además la medida de tamaño de
cristalito, microtensiones, parámetros de red, etc. Con la cámara de alta temperatura, se pueden
seguir directamente las transformaciones que sufren los materiales con el calentamiento, como
pueden ser, reacciones en estado sólido o cambios de fase.
La radiografía se compara con la base de datos de 2.900 sustancias conocidas,
determinando así el nombre de la especie o especies mineralógicas presentes en la muestra.
Permite
identificar
la
composición
mineralógica
de
agregados
microdispersos
y
criptocristalinos. Cuenta con una fuente de rayos catódicos que se aplica sobre la muestra,
determinando las distancias interplanares de la estructura atómica según la Ley de Bragg.
Las limitaciones radican en que solo se tiene un limitado número de patrones, los
cuales son la base para hallar sustancias desconocidas. (19)
3.5.10. Microscopía electrónica de barrido (MEB).
Un microscopio electrónico de barrido acoplado a un analizador de rayos X por
dispersión de energía, es un sistema analítico diseñado para la visualización y análisis de
muestras microscópicas o de características microscópicas de las muestras. La técnica
esencialmente consiste en hacer incidir en la muestra un haz de electrones. Este bombardeo de
electrones provoca la aparición de diferentes señales que, captadas con detectores adecuados, nos
proporcionan información acerca de la naturaleza de la muestra. En la figura 3.4, se muestran
algunas de las señales que se utilizan en diferentes técnicas. No suele ser habitual que un mismo
microscopio esté equipado con los detectores necesarios para utilizar todas estas señales. Por lo
general, los equipos disponen de los tres detectores más comunes, que son el de electrones
secundarios, el de retrodispersados y el de rayos X. (20,21)
La señal de electrones secundarios proporciona una imagen de la
morfología superficial de la muestra. La señal de retrodispersados produce una imagen cualitativa
de zonas con distinto número atómico medio, y la señal de rayos X, genera espectros e imágenes
acerca de la composición de elementos químicos en la muestra. (20,21)
FIGURA 3.4. Tipos de señales empleados en un MEB. (21)
3.5.11. Microdureza de Vickers (HV).
Es la menor o mayor resistencia que opone un cuerpo a ser rajado o penetrado por
otro. Es la menor o mayor dureza del cuerpo con respecto a otro de comparación. La dureza de
Vickers (HV), se calcula dividiendo la carga aplicada sobre la huella. El penetrador tiene punta
de diamante con forma de pirámide cuadrangular, y un ángulo del vértice de 136º. No existe una
escala absoluta de medición, por lo que es una medición basada en comparaciones. Se realiza por
medio de la norma ASTM E 384 – 89. (22)
3.5.12. Índice de molturabilidad o de trabajo de Bond.
Esta propiedad es determinante de la energía requerida para lograr la molienda de
la escoria hasta finuras compatibles con el destino final que se persiga. El índice de trabajo de
Bond se define como el parámetro de molturación, el cual expresa la resistencia que ofrece el
material al proceso de trituración y molienda. Numéricamente, son los kWh por tonelada corta
(907 kg), requeridos para reducir el material desde un tamaño infinito, hasta que el 80% del
producto de molienda pase por un tamiz de 100 micras. (23)
El índice de trabajo de Bond, determinado en ensayos estándar de laboratorio, se
usa generalmente para el diseño de equipos de molturación; pero también tiene gran utilidad para
evaluar la eficiencia de una ó diferentes etapas de operación de trituración y molienda,
comparado los Wi obtenidos en laboratorio, con los obtenidos de datos de operación de la planta;
y para comparar la eficiencia de diferentes plantas procesando un mismo material. Este ensayo se
realiza de acuerdo a la norma técnica de Bond.
3.5.13. Índice de abrasión.
El desgaste erosivo, es el desgaste producido por el ataque reiterado de partículas
sólidas, generalmente suspendidas en un fluido y proyectadas contra un sólido, a una velocidad
superior a 1 m/s. Éste se diferencia del desgaste abrasivo por las condiciones de desprendimiento
de material de la superficie. En el desgaste abrasivo, la pérdida de material se produce por el
deslizamiento de una partícula a lo largo de una superficie, bajo el efecto de una fuerza externa,
generalmente, constante. En la erosión, la fuerza ejercida sobre la partícula se debe a la
desaceleración al impactar y depende del gradiente de velocidades del fluido en el cual están
suspendidas. (24,25)
Las variables que influyen en el desgaste erosivo son, básicamente, de tres tipos:
las que se refieren al flujo, a la partícula y al material. Las primeras tienen que ver con la
velocidad (v), el ángulo de incidencia (α) y la concentración de las partículas en el flujo.
También, se deben tomar en cuenta las variables propias de las partículas, como, forma, tamaño,
dureza y tipo de fractura. Dentro de las variables inherentes al material que se erosiona, están la
dureza, la microestructura, endurecimiento por trabajo, etc. El ángulo de incidencia, es el que
forma la dirección de la partícula con la superficie que impacta. (24,25)
La velocidad de erosión (E), se expresa como masa o volumen perdido por unidad
de masa del material que erosiona. En general, se puede establecer empíricamente como:
E = M P KF(α) V n
Ecuación (3.4)
Donde, E es la velocidad de erosión; MP es la masa de las partículas que impactan;
K es el coeficiente de desgaste; F (α) es la función que describe la dependencia de la tasa de
erosión con el ángulo de impacto; α es el ángulo de impacto; V es la velocidad de las partículas
que impactan; n es el exponente que depende del material. Para materiales dúctiles n varía de 2 a
2.5, y para materiales cerámicos entre 2.5 y 3. (26)
La determinación del índice de erosión, se realiza por medio de la norma ASTM C
704 – 01. (27)
3.5.14. Resistencia al desgaste por abrasión e impacto.
La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad
que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia
cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y
pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros. Esta medición, se
realiza por medio de la norma ASTM C 131-89. (28)
Dicho método más conocido como el de la Máquina de los Ángeles, consiste
básicamente en colocar una cantidad especificada de agregado dentro de un tambor cilíndrico de
acero que está montado horizontalmente. Se añade una carga de bolas de acero y se le aplica un
número determinado de revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas da por resultado la
abrasión y los efectos se miden por la diferencia entre la masa inicial de la muestra seca y la
masa del material desgastado expresándolo como porcentaje inicial.
Los materiales con porcentaje de desgaste inferiores al 35%, se consideran
materiales de alta resistencia al desgaste por abrasión e impacto, y son aptos para el uso en capas
de rodadura y otros usos que impliquen roce y cargas continuas. Entre 35% y 50%, son
materiales con resistencia al desgaste por abrasión e impacto moderados. Mayor al 50%, se
consideran materiales de baja resistencia al desgaste por abrasión e impacto. (28)
3.6. Espinelas.
Algunos compuestos que presentan la fórmula general AB2O4, tales como el
aluminato de magnesio MgAl2O4, la cromita FeCr2O4, y la magnetita Fe3O4, poseen una
estructura cúbica que puede verse como una combinación de las estructuras NaCl y la blenda de
zinc. Los iones oxígenos se encuentran en arreglo cúbico compacto fcc. Para cada subcelda de
esta estructura se tienen cuatro átomos, cuatro intersticios octahédricos y ocho intersticios
tetraédricos. Por ende, la estructura posee doce intersticios para ser ocupados por tres cationes,
uno divalente y dos trivalentes. En cada celda elemental se ocupan dos posiciones octahédricas y
una posición tetraédrica. Ocho de estas celdas elementales se arreglan de manera de formar una
celda unitaria que contiene 32 iones oxígenos, 16 cationes octahédricos y ocho cationes
tetraédricos. (29)
Se tienen dos tipos de espinelas. Las espinelas normales, donde los iones A+2, se
encuentran en las posiciones tetrahédricas y los iones B+3, en las posiciones octahédricas. Las
espinelas inversas, donde los iones A+2 y la mitad de los iones B+3, se encuentran en las
posiciones octahédricas, y la otra mitad de los iones B+3, se encuentran en las posiciones
tetrahédricas. La magnetita y la cromita son espinelas inversas.
Las espinelas, cristalizan en el sistema regular, en forma de octahedros, en
combinaciones con rombododecaedros, y maclas de dos octahedros características, denominadas
maclas de espinela. (29)
3.7. Silicatos.
Los silicatos se pueden considerar oxosales, con aniones polimerizados. Son
compuestos que contienen oxoaniones de Si (Si4-4 tetraédricos) y cationes de elementos
metálicos. La versatilidad en cuanto a los tipos de uniones, que estas entidades tetrahédricas
pueden formar, no tiene parangón en ningún otro elemento de la tabla periódica, y reside en la
tendencia del Si a formar uniones Si-O-Si muy fuertes, originando cadenas, anillos, láminas, y
estructuras 3D basadas en tetrahedros que comparten oxígenos. (30)
Los tetrahedros SiO4 pueden unirse formando compuestos, tales que se comparten
los vértices de los tetrahedros de varias formas. Existen cuatro tipos generales. Los ortosilicatos
SiO4-4, los tetrahedros son independientes unos de los otros. En los pirosilicatos, Si2O7-6, los
iones están compuestos por dos tetrahedros unidos por un vértice. En los metasilicatos, SiO3-2 (SiO3)n-2n, se comparten dos vértices para formar una variedad de estructuras en forma de anillos
o de cadenas. En las estructuras laminares, (Si2O3)n-2n, las capas están hechas de tetrahedros,
donde se comparten tres vértices. En las diferentes formas de sílice se comparten los cuatro
vértices. (29)
3.8. Ortosilicatos o nesosilicatos (Olivinos y forsterita).
Los ortosilicatos incluyen los minerales olivínicos (forsterita Mg2SiO4 y las
soluciones sólidas con Fe2SiO4). En la estructura de la forsterita, los iones oxígeno están en
arreglo casi hexagonal compacto con Mg+2 en los sitios octahédricos y Si+4 en los tetraédricos.
Sin embargo, desde el punto de vista de la coordinación, este arreglo también puede visualizarse,
como un arreglo de tetrahedros SiO4-4, con iones Mg+2 en los intersticios octahédricos. Cada ión
esta coordinado con un Si-4, y tres Mg+2, o con dos Si+4. (29)
Los olivinos o peridotos, son silicatos de hierro y magnesio, con sustituciones
entre estos dos elementos, comprendiendo una serie isomórfica continua, desde la forsterita con
magnesio y sin hierro, hasta la fayalita que por el contrario no tiene magnesio y si hierro. Al
aumentar la proporción de hierro, se incrementan los valores de sus propiedades físicas y ópticas.
El olivino noble o peridoto, suele llevar una proporción de hierro entre el 6% y el 15%. Si la
proporción de hierro es excesiva, el color se oscurece, presentando colores verdes o pardo
oscuros.
Cristalizan en el sistema ortorrómbico, en cristales prismáticos o tabulares,
formados por combinaciones de prismas, pinacoides y bipirámides, siendo muy raro los cristales
bien formados. La dureza oscila entre 6.5 y 7 en la escala Mohs, presentando dos diferentes
exfoliaciones en dos direcciones perpendiculares. Es un mineral frágil con fractura concoidea. Su
densidad varía, aumentando con la presencia de hierro, con un peso específico medio de 3.3.
También el hierro influye en la fusibilidad, disminuyendo el punto de fusión y aumentando la
solubilidad en los ácidos, descomponiéndose en una solución. Por cristalizar en el sistema
rómbico, es anisótropo biáxico, con unos índices de refracción medios no muy constantes y una
birrefringencia alta. Presenta espectro del hierro ferroso y no tiene fluorescencia. (31)
Los olivinos, y la forsterita, forman sus estructuras cristalinas, de acuerdo a las
reglas de Goldschmidt para la sustitución iónica en una red cristalina. La primera regla establece,
que un ión puede reemplazar a otro de igual carga y radio atómico similar, si sus radios no
difieren en más de un 15% en tamaño. El radio iónico del Fe+2 es 0.74 Å, y el del Mg+2 es 0.66 Å,
lo cual representa una diferencia de tamaño de 12%, aproximadamente. Igual sucede con los
iones Fe+3 y Cr+3. La segunda regla importante con la cual cumplen, establece que cuando dos
iones pueden ocupar una posición particular en una red cristalina, el ión con la mayor densidad
de carga (potencial iónico), forma el enlace más fuerte y gana su posición en la red. En el olivino,
el primer enlace que se forma es el magnésico (forsterita). (32)
3.9. Uso de las escorias en cementos.
El empleo de las escorias en cementos, constituye un aprovechamiento de
desechos bastante reciente. Los cementos mezclados con escorias, constituyen lo que se
denominan cementos compuestos. Las escorias transfieren a los cementos, mejores propiedades,
tales como: buena resistencia a mediano y largo plazo, bajo calor de hidratación, mayor
impermeabilidad, alta resistencia al ataque de cloruros, al agua de mar y a los sulfatos, un color
más claro y un bajo contenido de álcalis. La escoria se utiliza como sustituto de la caliza, para el
aporte de hierro, o como materia prima, sustituyendo parte del clinker. (33)
Por lo general, las escorias a ser empleadas en cementos, deben ser escorias de alto
horno, enfriadas y granuladas rápidamente, para que sea un material hidráulicamente latente.
Debe ser escoria básica, con un contenido máximo de 30%, para la obtención de cementos
Pórtland siderúrgicos, o hasta incluso de 70%, en la obtención de cementos siderúrgicos. Su
composición química ideal, debe constar de: 28 – 38 de SiO2, 9 – 18% de Al2O3, 35 – 48% de
CaO, 2 – 10% de MgO, 0 – 2% de FeO, 0 – 2% de MnO, 1 – 3% de S y 0 – 2% de Na2O. Debe
presentar un contenido mínimo de fase vítrea no mayor al 10%. Sin embargo, esta última
propiedad no es limitativa, y depende del tipo de enfriamiento aplicado a la escoria, y del papel
de la escoria en el cemento. (34)
3.10. Uso de escorias en capas de rodadura, sub-bases y bases de pavimentos.
Para evaluar este uso de las escorias, se debe evaluar el aporte de contaminantes
de cada elemento de la escoria, durante un período de 100 años, y se compara con el aporte que
produciría un cambio en la composición del primer metro de un suelo de referencia igual a 1%.
Si los resultados de dicha comparación muestra que no se alcanza el valor límite, es decir, que el
uso de las escorias en contacto con el suelo, no supone un aporte de contaminantes, tal que
produzca un cambio en la composición del primer metro de un suelo de referencia superior a 1%
en 100 años, se supone que el empleo de las escorias presenta un riesgo aceptable para el medio
ambiente. Las escorias se utilizan como material granular en mezclas bituminosas. Deben
presentar una alta dureza, una alta resistencia al desgaste por abrasión e impacto, y un potencial
de hinchamiento inferior al 0.5%, determinado por la norma ASTM D 4792 – 88. Para las capas
de rodadura, se debe controlar el contenido de cadmio y selenio, ya que producen grietas en el
pavimento. El máximo contenido de cadmio admisible es de 0.6 mg/kg, y el de selenio, es de
0.02 mg/kg. Sin embargo, en especial para las bases y sub-bases de carreteras, se debe determinar
el contenido en mg/kg, de ciertos elementos críticos, tales como: Ba, Cd, Cr, Mo, Ni, Pb, Se, V,
Zn, fluoruros y sulfatos. Esto se determina por medio de ensayos de lixiviados. Los elementos y
su contenido en mg/kg, varía de acuerdo a la legislación de cada país. (2)
CAPITULO IV
METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1. Esquema general del método experimental.
El trabajo experimental se realizó en diferentes etapas, las cuales se pueden
resumir en el esquema de la figura No. 4.1.
FIGURA No. 4.1. Diagrama de flujo del método experimental.
4.2. Variabilidad de la composición química de escorias de reducción.
La primera etapa del proyecto se basó en determinar si las muestras a ser
recolectadas debían provenir del parque de escoria, o si podían ser recolectadas directamente de
sangrados de producción recientes. Para ello, se realizaron dos actividades:
•
Realizar un levantamiento estadístico de los datos de la composición química de
escorias de reducción, del período: enero 2002 a julio 2003.
•
Evaluar el método de muestreo de control de calidad empleado en planta, para
determinar la composición química de las escorias de reducción.
En la primera actividad, se evaluó la variabilidad de la composición química de las
escorias de reducción en el tiempo. El criterio de evaluación utilizado, establecía que si la
variabilidad en la composición química era mayor al 15% promedio, se debía diseñar un método
de muestreo, que permitiera tomar muestras representativas del parque de escoria. En cambio, si
la variabilidad en dicha composición era menor al 15% promedio, se debía diseñar un sistema de
muestreo que permitiera tomar muestras representativas de sangrados de escoria actuales de
producción.
En la segunda actividad, se evaluó el método de muestreo. Se quería determinar si
dicho sistema era adecuado, o por el contrario debía ser modificado. Debido a que no era posible
evaluar la propagación de errores, el criterio de evaluación de este método sería simplemente
descriptivo y cualitativo, y no tendría efecto alguno sobre el método de recolección de muestras a
emplear.
4.2.1. Levantamiento estadístico.
La composición química de las escorias de reducción, es evaluada por el
laboratorio de control de calidad de planta, principalmente para determinar el contenido de NiO y
FeO, y la relación SiO2/MgO, por medio de EDS. Se evalúa estrictamente el contenido de MgO,
SiO2, Al2O3, FeO y NiO y la relación SiO2/MgO.
El levantamiento estadístico consistió en tomar promedios diarios de la
composición química, lo que agrupa los resultados de muestras de sangrados de escorias de 7.00
a.m. a 7.00 a.m. del día siguiente, esto último debido a la rotación de grupos de trabajo de
personal en planta. Se tomaron promedios diarios para cada compuesto, y por cada horno, para
los 18 meses contemplados en el estudio estadístico. Posteriormente, se realizó un estudio
estadístico descriptivo, aplicando tanto criterios estadísticos (desviación estándar) como
probabilísticos (intervalos de confianza), en el procesamiento de los datos. Luego, se aplicó el
criterio de evaluación anteriormente mencionado. En la tabla No. 1, se muestra la variabilidad de
la composición química de las escorias de reducción.
TABLA 4.1. VARIABILIDAD DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Compuesto
Variación
Variación
Variación
horno 1 (%)
horno 2 (%)
entre hornos (%)
MgO
3.80
3.60
5.55
Al2O3
13.40
14.20
5.63
SiO2
2.50
2.50
0.00
FeO
11.40
11.40
0.00
NiO
16.70
17.60
5.11
Relación SiO2/MgO
3.20
3.30
3.03
Variación promedio
8.50
8.80
3.22
4.2.2. Evaluación del método de muestreo.
El método de muestreo de las escorias de reducción para control de calidad en
planta, consiste básicamente, en tomar tres muestras, la primera a los cinco minutos de iniciado el
sangrado de escoria, la segunda a los diez minutos y la tercera a los quince minutos. Las muestras
son tomadas antes de que la escoria haga contacto con el caudal de agua. Las mismas son
enfriadas, en una cubeta de agua, a medida que se van tomando; luego son trituradas en un
mortero de acero, y por último son vaciadas en un portamuestra, para su posterior traslado al
laboratorio de calidad donde son analizadas por EDS. La figura No. 4.2 ilustra dicho método de
muestreo.
La evaluación del método de muestreo, se realizó mediante una observación visual
del procedimiento de toma de muestra a cada grupo de trabajo (A, B, C y D), y para cada horno;
y realizando, posteriormente, una entrevista a cada hornero. Luego, se analizó el material
recopilado y se evaluó el cumplimiento del procedimiento establecido en el método de muestreo,
en base a los siguientes factores:
•
Cantidad de muestras tomadas durante el sangrado de escoria.
•
Intervalos de tiempo a los que son tomadas las muestras durante el sangrado de escoria.
•
Uso de los implementos de trabajo, establecidos en el procedimiento del método de
muestreo.
A
A
B
B
C
C
FIGURA 4.2. Método de muestreo de las escorias de reducción. A: Toma de muestra del sangrado de escoria.
B: Muestra de escoria en el tomamuestra. C: Enfriamiento de la muestra en la cubeta de agua
Las observaciones realizas, pudieron determinar que el método de muestreo no se
cumplía de acuerdo a los procedimientos establecidos por la empresa. La tabla No. 4.2. resume
las observaciones realizadas.
4.2.3. Determinación del área de recolección de muestras en planta.
Empleando los dos métodos de evaluación anteriores, se determinó que no era
necesario tomar muestras del parque de escoria, lo cual hubiese sido muy engorroso, debido a que
las escorias son depositadas sin un orden preestablecido en el vertedero. Las muestras podían ser
TABLA 4.2. EVALUACIÓN DEL MÉTODO DE MUESTREO DE LAS ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Grupo de trabajo
Criterio de evaluación / Horno
A
H1
B
H2
No se tomó la cantidad de
muestras establecidas en el
procedimiento de muestreo
No se cumplieron con los intervalos
de tiempo establecidos para tomar
cada muestra
H1
C
H2
H1
H2
X
X
X
X
X
No
cumplimiento
D
X
Manejo no adecuado de los
implementos de trabajo
H1
H2
(%)
X
X
37.5
X
X
87.5
X
12.5
Nota: La letra X en la casilla denota los grupos de trabajo que incumplieron el criterio de evaluación
tomadas directamente de sangrados de escorias de producciones recientes. Esto debido al
comportamiento uniforme de la composición química, variación promedio de 8.65 %, lo cual es
inferior a 15 %, y pese al incumplimiento del procedimiento de toma de muestras establecido por
la empresa.
4.3. Sistema de recolección de muestras principales.
La selección de muestras que se emplearían en los análisis de caracterización del
material, debían garantizar que las mismas, fueran muestras representativas. Sin embargo, el
estudio previo realizado al proceso de producción de estas escorias, determinó que existían
numerosas variables que afectaban a dicho proceso, muchas de las cuales no era posible evaluar
en un corto plazo. Por este motivo, se diseño un sistema de recolección de muestras, que estuvo
basado en las siguientes características:
•
Se empleó un método estadístico, en el cual se seleccionaron un conjunto de 36
muestras, denominadas muestras principales. Esto permitió, para cada análisis de
caracterización, obtener un valor promedio y su dispersión.
•
Para la selección de muestras, se empleó un sistema aleatorio simple sin reposición, de
distribución normal, con un nivel de confianza de 95.0%, una variabilidad positiva de
0.5, una variabilidad negativa de 0.5, un porcentaje de error de 5.0%, y un tamaño
muestral de 36.
•
Se englobó el conjunto de variables que afectan el tipo de escoria que se produce en
cuatro niveles. a) Nivel Grupo, el cual toma en cuenta los cuatro grupos de trabajo que
se encargan de las operaciones de planta, y considera las variaciones en los
procedimientos de operación de la planta y equipos. b) Nivel Turno, el cual toma en
cuenta el tiempo, asignando dos turnos de trabajo para cada grupo, y considera las
variaciones del tipo de mineral alimentado y procesado. c) Nivel Horno, ya que la planta
de MLDN posee dos hornos, 1 y 2, que producen escorias y considera las variaciones
producto de las condiciones de operación y funcionamiento de los hornos de reducción.
d) Nivel Sangrado, el cual contempla los sangrados donde finalmente es descargada la
escoria como sub-producto de desecho y considera las variaciones producto de las
condiciones de operación y descarga del sangrado de escorias de reducción.
•
Las muestras que se tomaron, consistieron de una muestra de 20 kg aproximadamente, y
se embalaron en dos bolsas plásticas reforzadas, de 10 kg cada una. Una bolsa se
emplearía para realizar los análisis programados en el laboratorio de control de calidad
de planta, y la otra bolsa, sería transportada hasta la Universidad Simón Bolívar, para
los análisis programados en sus laboratorios y demás laboratorios de otros institutos
participantes. Las mismas fueron numeradas de la 001 a la 036, y de acuerdo al
laboratorio donde sería enviada, bajo las siguientes etiquetas: ESCR-(número)-USB y
ESCR-(número)-MLDN.
En la figura No. 4.3, se puede apreciar el esquema general del sistema de
recolección de muestras utilizado. Los números encerrados en círculos indican el sangrado de
escoria, a la cual se tomaría la muestra correspondiente. En el horno No. 1, se realizan sangrados
de escorias, en las horas impares del día, y en el horno No. 2, se realizan sangrados de escorias en
las horas pares. A pesar de que el proceso de producción en la planta es continuo las 24 horas del
día, se restringió la toma de muestras sólo entre las 7.00 a.m. y las 6.00 p.m. por razones de
logística. Las muestras eran tomadas directamente de las piscinas de escorias, con la ayuda de
camiones-palas, que penetraban al interior de la piscina, sustraían una porción grande de escoria
y la trasladaba a un lugar seguro, donde se tomaban los 20 kg. de muestra correspondiente. El
esquema contempla, la posibilidad de toma de 80 muestras, cada círculo representa una, de las
cuales, mediante un software, se realizó un sorteo electrónico, que seleccionó las 36 muestras a
ser tomadas.
4.4. Caracterización de escorias de reducción.
La caracterización de las escorias de reducción, se inició con un proceso previo
denominado Diseño del Trabajo de Caracterización. Este proceso consistió, en la selección de
los ensayos a realizarse, tomando en cuenta los siguientes aspectos: utilidad, norma bajo la cual
se efectuaría, laboratorio donde se realizaría, costo y tiempo de ejecución. Los ensayos
seleccionados son útiles, no solamente para determinar las propiedades del material para uso de la
empresa, sino para evaluar su posible aprovechamiento.
Se realizaron 15 diferentes tipos de ensayos, con el fin de obtener una
caracterización del material lo más completa posible. Los diferentes tipos de ensayos practicados,
se pueden agrupar en: análisis químico, análisis físico, análisis microestructural y evaluación de
propiedades mecánicas.
4.4.1. Análisis químico.
El análisis químico, estuvo enfocado en la evaluación de las siguientes
propiedades: composición química, basicidad y contenido de humedad. Para ello, se realizaron
los siguientes ensayos: EDS, ICP, determinación de contenido de carbono y azufre mediante un
equipo Leco, y determinación del contenido de humedad de lote. A continuación se describe el
procedimiento experimental empleado en cada ensayo.
4.4.1.1. Preparación de polvos de escoria de reducción.
Los análisis para la determinación de la composición química, EDS, ICP, y
determinación de contenido de carbono y azufre, requerían que la escoria estuviese en forma de
polvo con una granulometría determinada. Por ello, se realizó el proceso de preparación de
pulpas o polvos para análisis químico. En este proceso se tomó una porción de muestra, y se
tamizó por los tamices malla No. ½ IN (12.5 mm) y malla No. 10 (2.00 mm). Se desechó la
muestra retenida en el tamiz No. ½ IN y la muestra pasante de la malla No. 10. La muestra
retenida en el tamiz No. 10, fue pulverizada en un pulverizador marca Siebtechnik modelo
EQ028, y posteriormente pasada por un tamiz malla No. 100 (150 µm); almacenando la muestra
retenida en este tamiz en un sobre de manila tamaño postal. Este proceso se hizo hasta obtener
500 g de muestra. Esta preparación se realizó para las 36 muestras principales.
4.4.1.2. Espectroscopía de fluorescencia de rayos X (EDS).
El análisis de EDS, se realizó en dos etapas, empleando un espectrómetro de
fluorescencia de rayos X, marca Spectro, modelo XLAB-2000. En primer lugar, se
confeccionaron las pastillas de prensado. El proceso consistió en tomar 4.000 g de polvo de
muestra, previamente seco, y mezclarlo con 0.900 g de un aglomerante, en este caso, tetracloruro
de litio (LiCl4) y se introdujo la mezcla en un homogenizador automático durante 30 segundos.
Para el prensado, se empleó una matriz de prensado manual, ya que la prensa estaba dañada al
momento de confeccionar dichas pastillas. Se aplicó una carga manual, durante algunos
segundos, hasta obtener la pastilla. La segundo etapa, consistió en el análisis de las pastillas en un
equipo de rayos X marca Leco. Las pastillas fueron montadas, debidamente identificadas, en un
carrusel con capacidad para 20 pastillas. Se configuró el sistema, y se esperó hasta obtener los
resultados. Este ensayo permitió evaluar la composición química de componentes mayoritarios,
específicamente: SiO2, MgO, Al2O3, NiO y FeO, y la relación SiO2/MgO, la cual determina la
basicidad de la escoria. Este análisis se realizó para las 36 muestras principales. (8)
4.4.1.3. Espectroscopía de emisión atómica de plasma (ICP).
El análisis de ICP, consistió en determinar la composición química de elementos
minoritarios y trazas, en específico el porcentaje de: CaO, MnO, CoO, Cu2O y Cr2O3, presente en
las escorias de reducción. Se utilizó un espectrómetro de emisión por ICP, marca Spectro, modelo
SpectroFlame Modula S, tipo FTMSA85D. Para ello se preparon suspensiones patrones, de las 36
muestras principales, en balones aforados con una concentración de 100 ppm. Posteriormente se
procedió a la calibración y estandarización del equipo ICP marca Leco modelo RX-7. Por último,
se analizaron las 36 suspensiones en el equipo ICP, realizando una vez obtenidos los resultados,
el perfilado y verificación de sensibilidad del sistema óptico. (8)
4.4.1.4. Determinación del contenido de carbono y azufre.
Este análisis consistió en determinar el contenido de carbono (C) y azufre (S),
presente en las escorias de reducción. Se realizó empleando un analizador de carbono y azufre
marca Leco, modelo 617-100-800. En primer lugar, se verificaron las condiciones de operación
del equipo, seguidamente se colocaron en el crisol la porción correspondiente a los aceleradores,
dos copas del denominado “Iron Chips”, y una copa de “Lococel II”. Luego, se agregó una
cantidad menor a 5 g de muestra. Se colocó el crisol en el pedestal del pistón, y se dió inicio al
análisis, hasta obtener los resultados, los cuales se leían en pantalla directamente por la interfase
adaptada al equipo. Por último, se retiró el crisol con una pinza metálica. Este análisis se realizó a
las 36 muestras principales. (9)
4.4.1.5. Determinación del contenido de humedad.
La determinación del contenido de humedad, se realizó de acuerdo a la norma
COVENIN 1723:2000. (10) Previamente al análisis, se dejaron las bolsas de muestras en posición
vertical durante 24 horas, para permitir que el agua en exceso que provenía de la piscina,
escurriera hasta el fondo de la bolsa. Para el análisis, se emplearon bandejas de aluminio de 60 x
30 cm o de 60 x 20 cm. Las mismas se tararon y se les añadió un mínimo de 5 kg de muestra. Se
registró el peso de muestra a secar, siendo este el peso húmedo, PHUM. Posteriormente, se
introdujeron a secar en una estufa marca HAF modelo 1600, a una temperatura constante de 105
± 5 ºC, durante un mínimo de 8 horas. Transcurrido el secado, se extrajeron las muestras de la
estufa, y se dejaron reposar hasta que se enfriará completamente. Por último se registró el peso de
la muestra seca, PSECO. El contenido de humedad de la muestra se determinó por la siguiente
relación:
⎛ P HUM − PSECO ⎞
⎟⎟ * 100
P HUM
⎠
⎝
Porcentaje de Humedad (%) = ⎜
⎜
Ecuación (1)
Este análisis se realizó a las 36 muestras principales. (10)
4.4.2. Análisis físico.
El análisis físico consistió en la evaluación de las siguientes propiedades:
granulometría, densidad, porosidad y finura de Blaine. A continuación se detallan los
procedimientos empleados para la medición de cada una de las propiedades descritas.
4.4.2.1. Análisis granulométrico por tamizado.
Se realizó un análisis granulométrico por tamizado a las 36 muestras principales, y
se evaluaron los siguientes parámetros: distribución promedio de tamaño de partícula, tamaño
medio o mediana de la distribución de las partículas, módulo de tamaño, módulo de distribución,
y tamaño más frecuente de la distribución granulométrica de las partículas. El procedimiento se
realizó de acuerdo a la Norma COVENIN 2231:2000
(15)
y la norma ASTM E – 11
(16)
, esta
última para el tipo de tamices utilizados. Se determinaron los siguientes parámetros para el
tamizado mecánico y continuo: tiempo de tamizado y masa mínima a usarse en el tamizado. El
tamizado de las 36 muestras principales, se realizó empleando los siguientes tamices
rectangulares: malla No. 1 IN (25.0 mm), malla No. ½ IN (12.5 mm), malla No. ¼ IN (6.3 mm),
malla No. 5 (4.00 mm), malla No. 10 (2.00 mm), malla No. 18 (1.00 mm), malla No. 35 (500
µm), y malla No. 60 (250 µm). Se empleó un tamizador automático marca Wilson, modelo TS-1,
para tamices rectangulares, con capacidad para seis bandejas. Las muestras fueron previamente
secadas, para la medición del contenido de húmedad, y la masa mínima para tamizado fue de 6.5
kg. El tamizado se realizó para cada muestra en dos etapas diferentes, por un tiempo de cinco
minutos para cada etapa.
Se determinó el peso retenido en cada malla, el porcentaje de peso retenido, el
porcentaje en peso acumulado retenido y el porcentaje en peso acumulado pasante, para cada una
de las 36 muestras tamizadas. Posteriormente, se obtuvieron valores promedios para dichos
parámetros, y se trazaron dos curvas: la curva de distribución granulométrica y la curva de
distribución de tamaño de partícula, de acuerdo a la ecuación de Schuhmann. De la primera
curva, se obtuvo el tamaño medio o mediana de la distribución de partículas, y el tamaño más
frecuente de tamaño de partícula en la distribución. De la segunda curva, se obtuvo el módulo de
tamaño y módulo de distribución. (15,16)
4.4.2.2. Determinación de la densidad aparente y de empaque.
Se determinó la densidad aparente y la densidad de empaque, de las 36 muestras
principales. La densidad aparente, se realizó por picnometría de polvos, de acuerdo a la norma
ASTM C 128 – 88.
(12)
Para ello, se emplearon picnómetros de vidrio de 25 cm3 marca Pyrex, y
una cámara de vació conectado a una bomba de vacío marca GE Motors modelo G8GCX A/C. El
proceso se realizó en los siguientes pasos:
•
Se pesó el picnómetro vacío y seco (m1).
•
Se agregó entre 7.00 y 12.00 g de muestra en el picnómetro, y se registró el peso del
picnómetro y la muestra contenida en él (m3).
•
Se colocó en la cámara de vació durante 10 minutos. Al finalizar, el picnómetro fue
llenado con agua destilada hasta la marca de llenado.
•
Se registró el peso del picnómetro con la muestra y el agua contenidas en él (m4).
•
Se vació, limpió y secó el picnómetro. Se llenó con agua destilada, y se registró el peso
del picnómetro con el agua contenida en él (m2).
•
Se registró la temperatura del agua destilada ubicada en el contenedor de agua de la
bomba de vació (T1) y la temperatura del agua contenida en la pipeta de plástico (T2).
Se determinaron sus densidades, de acuerdo a la tabla de densidad del agua en función
de la temperatura, ρ1 y ρ2, respectivamente.
•
La densidad, se determinó por la siguiente relación en unidades de g/cm3:
ρ=
m3 − m1
⎛ m2 − m1 m4 − m3 ⎞
⎜
⎟
−
⎜ ρ
ρ2 ⎟⎠
1
⎝
Ecuación (2)
La densidad de empaque, o de bulto, se determinó de acuerdo a la norma ASTM C
357 – 91.
(13)
El procedimiento consistió en tomar 500 g de muestra y tamizarla a través de un
tamiz malla No. 6 (3.35 mm), de tal forma que la granulometría estuviese compuesta de
partículas de tamaño menor a 3.35 mm. Luego, se agregaron 100 g de muestra, en un cilindro
graduado de 250 cm3, con un determinado contenido de agua. Se determinó por sustracción del
volumen de agua desplazado, y se cálculo la densidad por el cociente de masa y volumen.
4.2.2.3. Porosimetría.
La porosidad presente en las escorias de reducción, fue determinada por el método
BET (Brunaer – Emmett - Teller).
(18)
Se ensayaron cinco muestras, empleando el criterio de
variación de la composición química. Este método consiste en tomar tres muestras con una mayor
variación de su composición química con respecto a la composición química promedio de las
escorias de reducción, y dos muestras con una variación menor de su composición química con
respecto a la composición química promedio de las escorias de reducción. Este criterio tiene por
finalidad evaluar la influencia de la composición química en las propiedades de las escorias de
reducción. Las muestras de mayor variación se identificaron con las siguientes etiquetas: ESCRA-PORS, ESCR-B-PORS y ESCR-C-PORS. Dichas muestras corresponden a las muestras
principales: ESCR-021-PORS, ESCR-025-PORS y ESCR-009-PORS. Las muestras de menor
variación fueron etiquetadas como: ESCR-D-PORS y ESCR-E-PORS; las cuales provenían de
las muestras principales: ESCR-014-PORS y ESCR-018-PORS.
El análisis se realizó en los laboratorios de INTEVEP. Se utilizó un equipo que
emplea técnicas de adsorción de nitrógeno para generar datos de área superficial (BET),
determinar volumen de poros y tamaño de poro. Este equipo de adsorción es marca
Micromeritics, modelo Tristar 3000. El procedimiento consistió en pesar entre 0.700 g – 1.400 g
de muestra, e introducirlos en la cámara de calentamiento y vacío, durante tres horas, para
eliminar cualquier material volátil que pueda estar contenido en las muestras. Posteriormente, se
inició la inyección de nitrógeno puro, el cual es adsorbido en la superficie de las muestras. Se
realizaron cinco mediciones de BET, esto es, se midió el volumen adsorbido y desorbido en el
momento en el que se alcanzó el equilibrio termodinámico a una presión determinada, para cada
muestra. El software incorporado al equipo, versión 3.1, determinó los siguientes resultados: área
superficial en m2/g, volumen de poros en cm3/g y tamaño de poros en Å. (18)
4.2.2.4. Método de permeabilidad de Blaine.
La finura de Blaine fue determinada mediante el método de permeabilidad de
Blaine. Los ensayos se realizaron en las instalaciones del laboratorio de control de calidad de la
empresa Holcim de Venezuela, S.A. – Cementos Caribe, planta de San Sebastián. Los ensayos se
realizaron a cinco muestras, empleando el criterio de variación de la composición química. Las
tres muestras con variación mayor, fueron identificadas con las etiquetas: ESCR-A-FNRA,
ESCR-B-FNRA, y ESCR-C-FNRA; las cuales provenían de las muestras principales, ESCR-004USB, ESCR-034-USB, y ESCR-032-USB, respectivamente Y las otras dos muestras, de
variación menor, fueron identificadas con las etiquetas: ESCR-D-FNRA y ESCR-E-FNRA; las
cuales correspondían a las muestras principales: ESCR-030-USB y ESCR-003-USB,
respectivamente. El procedimiento se realizó en tres etapas, de acuerdo a la norma ASTM C 204
– 92 y la norma COVENIN 487 - 93 (17):
•
Se molieron 2.0 kg de cada muestra, en un molino de bolas, de marca y modelo
desconocidos, por un mínimo de tres horas y un máximo de 4 horas continuas.
•
Se determinó el porcentaje de retenidos en tamiz No. 325 (45 µm), empleando un tamiz
automático de inyección de aire, marca Humboldt, modelo H-4335-4F. Las muestras,
luego de finalizada la molienda, se homogenizaron, y se tomaron 10.0 g. Se introdujeron
en el tamiz de inyección de aire, y se tamizaron durante un tiempo de 210 segundos, con
una presión de succión entre 10.0 y 12.9 psi. Esto permitía, que las partículas con ø < 45
µm, fueran succionadas, y las partículas con ø > 45 µm, fueran retenidas en el tamiz.
Finalizado el tamizado, se pesaron las muestras retenidas, y se aplicó el factor de
corrección F = 1.0636. El porcentaje en peso retenido, se calculó por la siguiente relación:
⎛ Peso Re tenidox100 ⎞
Retenido en tamiz No. 325 (%) = ⎜
⎟ xF
10,0
⎝
⎠
Ecuación (3)
El porcentaje de retenidos en tamiz No. 325, debía estar en el rango de 8.0 a 23.0 %. Esta
medición se realizó cuatro veces por cada muestra, y se descartó el valor de mayor
dispersión.
•
Por último, se determinó la finura de Blaine, empleando un permeabilímetro de Blaine
automático marca Ton Technik, modelo 7207, con fecha de calibración del 15.10.2003 y
una constante de calibración K = 389.69, a 24 ºC. La medición se realizó tomando 111.0 g
de muestra, la cual se introdujo en un émbolo, con papel de filtro por encima y debajo de
la muestra. La muestra fue compactada empleando un compactador, y se montó en el
permeabilímetro. Se encendió el equipo y se registró la marca de calibración. Finalmente,
el equipo suministraba el tiempo t en segundos. La finura de Blaine se calculó mediante la
siguiente relación:
Blaine = t .K
Ecuación (4)
Se realizaron cuatro mediciones para cada muestra, y se descartó la medición con mayor
dispersión. (17)
4.4.3. Análisis mineralógico y morfológico.
El análisis microestructural del material, se realizó por medio de dos ensayos:
difracción de rayos X de polvos (DRX), y microscopía electrónica de barrido (MEB), con un
espectrómetro de rayos X de dispersión de electrones (EDX), para determinar la composición
química de las fases microestructurales presentes. A continuación se presentan los diferentes
procedimientos aplicados, para el análisis microestructural del material.
4.4.3.1. Preparación petrográfica.
El análisis microestructural se inició con la elaboración de cinco probetas, para
realizar posteriormente los ensayos de microscopía óptica, microdureza de Vickers (HV), MEB y
EDX. El proceso de preparación petrográfica se realizó en los siguientes pasos:
•
Se seleccionaron cinco muestras, de las 36 muestras principales, de acuerdo al criterio de
variación de la composición química. Se tomaron 3 muestras de mayor variación química,
y se identificaron con las etiquetas: ESCR-A-PETRO, ESCR-B-PETRO y ESCR-CPETRO. Las mismas provenían de las muestras principales ESCR-034-USB, ESCR-033USB y ESCR-016-USB respectivamente. Se tomaron dos muestras de menor variación
química, y se identificaron con las etiquetas: ESCR-D-PETRO y ESCR-E-PETRO.
Dichas muestras, provenían de las muestras principales ESCR-023-USB y ESCR-030USB, respectivamente. Las muestras seleccionadas, consistían de partículas de escorias,
con un tamaño de partícula no menor a 12.5 mm.
•
Luego de un secado por 24 horas, a una temperatura de 105 ± 5 ºC, se cortaron cada una
de las muestras, en una cortadora de disco de diamante marca Leco, modelo VC-50, de tal
forma de producir un plano tangencial o longitudinal, dependiendo de la forma de la
partícula. La superficie obtenida, fue plana y sin grietas marcadas o fracturas, que
pudiesen comprometer la integridad de la pieza en el posterior embutido de la misma. De
igual forma, fue lo más amplia posible.
•
Las muestras fueron embutidas manualmente, empleando una resina epóxica marca Leco
Ref. 811-563-108, en moldes plásticos cilíndricos de 3.0 cm de diámetro. Posterior al
vaciado de la resina, se introdujeron las probetas en la cámara de vacío, de 10 a 15
minutos, con el fin de liberar las burbujas de aire atrapadas en la resina. Las muestras, se
dejaron 24 horas en sus respectivos moldes, y se desmoldaron. La cara opuesta a la
superficie de la muestra, fue cortada con la cortadora de disco, para obtener así probetas
cilíndricas, con dos caras planas paralelas.
•
Se sometieron las piezas a un primer proceso de desbaste fino, empleando una
desbastadora fina marca Buehler modelo No. 39-1470AS. Se pasaron las muestras por los
siguientes paños de mayor a menor abrasividad: No. 240, No. 320, No. 400 y No. 600. Se
rotó la pieza 90º cuando se pasó de un paño al otro, y se empleó una presión uniforme
sobre toda la muestra y una dirección constante de desbaste, para evitar la aparición de
rayas adicionales así como de otros defectos.
•
Se procedió al pulido de las piezas, en una pulidora de dos discos giratorios marca Leco
modelo No. GP-25. Se vació la suspensión de pulido para pastas de diamante marca
Buehler, y se colocó una pequeña cantidad de pasta de diamante de 6 micrones marca
Leco modelo microid Ref. 810-873, sobre el paño de pulido. El pulido se realizó de forma
circular, y aplicando una presión uniforme sobre la pieza, para evitar la aparición de
defectos tales como colas de cometa. Este proceso duró incluso hasta 18 horas por pieza.
No se emplearon pastas de diamante de menores micrones, debido a que las veces que se
empleó, se observó, que debido a la gran cantidad de porosidad superficial y de micro
grietas, la superficie de la muestra tendía a rayarse en vez de pulirse, hasta casos que
incluso se debió regresar a la etapa de desbaste fino. Se verificó, con la ayuda de un
microscopio óptico, la calidad del pulido. Se trató de que la pieza quedase lo más pulida
posible, sin embargo, la gran cantidad de poros y grietas, dificultó marcadamente dicha
labor.
Concluido el pulido de las cinco probetas, las mismas fueron depositadas en
envases de plástico con algodón, para su protección.
4.4.3.2. Observación en el microscopio óptico.
Las cinco muestras a las cuales se les realizó la preparación petrográfica, fueron
observadas a través de un microscopio óptico invertido marca Olympus modelo TM3K6, a
aumentos de 100X, 200X, 500X y 1000X. Se tomaron fotografías a la macroestructura
observada, principalmente a aumentos de 100X y 200X, ya que a los aumentos mayores, fue muy
difícil obtener un buen enfoque de la imagen. El análisis se limitó a una descripción cualitativa de
las características macroestructurales observadas, tales como: porosidad, fracturas, y fases
macroestructurales.
4.4.3.3. Difracción de rayos X (DRX).
Se realizó difracción de rayos X de polvos, a cinco muestras del material. Se
empleó el criterio de variación de la composición química. Las muestras de mayor variación de
su composición química fueron identificadas con las siguientes etiquetas: ESCR-A-EDRX,
ESCR-B-EDRX y ESCR-C-EDRX, las cuales provenían de las muestras principales ESCR-004USB, ESCR-033-USB y ESCR-034-USB, respectivamente. Las muestras de menor variación, se
identificaron con las siguientes etiquetas: ESCR-D-EDRX y ESCR-E-EDRX. Provenían,
respectivamente, de las muestras principales ESCR-005-EDRX y ESCR-030-EDRX. La
difracción de rayos x, se realizó con un difráctometro marca Siemens modelo D5005, con ánodo
de cobre (Cu), mediante un barrido desde 5º hasta 70º, a una velocidad de 2.50 º/min, a 40 kv, y
30 mA, a una temperatura de 25 ºC. Se empleó el software PCPDFWIN, para el posterior
procesamiento e interpretación de los resultados. (19)
4.4.3.4. Microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía de rayos
X por dispersión de electrones (EDX).
Las muestras analizadas, correspondieron, a las cinco probetas a las cuales se les
realizó la preparación petrográfica, cambiando las últimas siglas de sus etiquetas PETRO, por
AMEB. Estas muestras fueron: ESCR-A-AMEB, ESCR-B-AMEB, ESCR-C-AMEB, ESCR-DAMEB y ESCR-E-AMEB. Adicionalmente, se analizaron muestras de partículas de escorias de
reducción, molidas y sin moler, las cuales fueron tamizadas previamente, de tal forma de tener
partículas de escorias pasantes por el tamiz No. 30 (600 µm) y retenidas en el tamiz No. 40 (425
µm).
Los análisis de MEB y EDX, se realizaron empleando un microscopio electrónico
de barrido (MEB) marca Philips modelo XL30, acoplado con un espectrómetro EDAX, modelo
DX4 con ventana ultradelgada (UTW) con capacidad de detección de elementos químicos a partir
del boro. Las imágenes se generaron en condiciones de electrones secundarios (SE) y
retrodispersados (BSE). (21)
El procedimiento de análisis consistió en realizar unas primeras observaciones
generales sobre toda la microestructura, tomando algunas fotomicrografías a menores aumentos,
y realizando un EDX general a toda la superficie. Luego, se observaron y se tomaron
fotomicrografías a las fases presentes en la microestructura, a una magnificación de hasta 5056X,
realizando EDX a cada una de las fases observadas. Esto se realizó en diferentes zonas de las
probetas, a fin de evaluar la variabilidad de la microestructura y de su composición química. Por
último, se tomaron fotomicrografías a la porosidad y fracturas observadas, a fin de realizar una
descripción cualitativa de las mismas.
Las muestras de partículas de escorias de reducción, con y sin molienda, se
emplearon para la observación y análisis cualitativo de la morfología de las partículas, en cuanto
a forma, angulosidad, superficie y características particulares.
4.4.4. Evaluación de propiedades mecánicas.
Se realizaron los siguientes análisis a las escorias de reducción: microdureza de
Vickers (HV), índice de trabajo de Bond, índice de abrasión y resistencia al desgaste por abrasión
e impacto. A continuación, se describen los diversos procedimientos experimentales, empleados
en dichos análisis.
4.4.4.1. Microdureza de Vickers (HV).
Las muestras analizadas, correspondieron, a las cinco probetas a las cuales se les
realizó la preparación petrográfica, cambiando las últimas siglas de sus etiquetas PETRO, por
MDRZ. Estas muestras fueron: ESCR-A-MDRZ, ESCR-B-MDRZ, ESCR-C-MDRZ, ESCR-DMDRZ y ESCR-E-MDRZ.
La medición de microdureza se realizó en un microdurometro marca Shimaszu
modelo tipo M No. 84293, y de acuerdo a la norma ASTM E 384 – 89.
(22)
El procedimiento
consistió en utilizar una carga de 0.200 kg y un tiempo de aplicación de la carga de 15 s. La
probeta fue enfocada en un objetivo de 400X; una vez que se determinó el área para la
indentación, la cual debía estar libre de poros y microgrietas, se realizó la medición. La dureza de
Vickers (HV), se calculó de acuerdo a la siguiente relación:
HV = 1.8544 P21
d1
Ecuación (5)
Donde: P1, es la carga aplicada en kg; d12, es la superficie del área de indentación,
en mm2; y HV, es la dureza Vickers, en kg/mm2. (22)
Se realizaron 4 mediciones por cada fase de cada probeta, descartando siempre el
valor de mayor dispersión.
4.4.4.2. Índice de trabajo de Bond.
Se ensayaron cinco muestras, las cuales fueron seleccionadas de acuerdo al
criterio de variación de la composición química. Las muestras de mayor variación, fueron
identificadas con las etiquetas: ESCR-A-BOND, ESCR-B-BOND, ESCR-C-BOND, y provenían
de
las
muestras
principales,
ESCR-004-USB,
ESCR-034-USB,
y
ESCR-032-USB,
respectivamente. Las muestras de menor variación, fueron identificadas con las etiquetas: ESCRD-BOND y ESCR-E-BOND, las cuales correspondían a las muestras principales: ESCR-030USB y ESCR-003-USB, respectivamente. Todas las muestras fueron secadas durante 24 horas a
una temperatura de 105 ± 5 ºC, y pasadas por un tamiz No. 6 (3.35 mm), desechando el material
retenido.
El análisis se realizó de acuerdo a la guía técnica de índice de trabajo de Bond. (23)
Se empleó un molino de bolas marca Bico modelo BM-1 de 0.305 m de largo y 0.305 m de
diámetro. La carga molturante, consistió de 171 bolas de hierro con un peso total de 20135,9 g y
con las siguientes características: 43 bolas de 1.45 in. y 232.0 g, 67 bolas de 1.17 in. y 127.8 g, 10
bolas de 1.00 in. y 63.6 g, 45 bolas de 0.75 in. y 28.0 g y 6 bolas de 0.61 in. y 15.0 g.
El ensayo se realizó en tres etapas: tamizado de la muestra de alimentación, ciclo
de molienda, y tamizado del producto de molienda.
El tamizado de la muestra de alimentación se realizó con la siguiente serie de
tamices circulares marca U.S.A. ASTM E – 11
(16)
: No. 6 (3,35 mm), No. 8 (2,36 mm), No. 10
(2,00 mm), No. 16 (1,18 mm), No. 30 (600 μm), No. 40 (425 μm), No. 50 (300 μm), y No. 60
(250 μm). Se tamizó 500.0 g de muestra, durante 10 min.
Para el tamizado del producto de molienda, se emplearon los siguientes tamices
circulares marca U.S.A. ASTM E – 11
(16)
: No. 70 (212 μm), No. 80 (180 μm), No. 100 (150
μm), No. 170 (90 μm), No. 200 (75 μm), No. 325 (45 μm) y plato de tamizado (Φ < 45 μm). Se
tamizó la muestra producto del último período de molienda durante 10 minutos.
El índice de trabajo de Bond, y la energía consumida en el proceso, se calculó de
acuerdo a las siguientes relaciones:
Wi =
44,5
10 ⎞
0 , 23
0, 625 ⎛ 10
−
⎟
dT G R ⎜
F⎠
⎝ P
Ecuación (6)
Donde Wi es el índice de trabajo de Bond en kwh/Ton corta; dT es el tamaño de
ensayo de Bond, en µm; P es el tamaño de partícula mayor que el 80% del producto, en µm; F es
el tamaño de partícula mayor que el 80% de la alimentación, en µm; GR es la moliendabilidad o
peso neto producido por el molino por revolución. (23)
⎛ 10 Wi 10 Wi ⎞
−
W=⎜
⎟ x EFT
F ⎠
⎝ P
Ecuación (7)
Donde, W es la energía consumida en la molienda en kwh/Ton corta; EFT es la
sumatoria de los factores de corrección aplicados a W.
Los factores de corrección aplicados fueron: molienda en seco, diámetro del
molino, tamaño máximo de las partículas en la alimentación, relación de reducción de tamaño
baja, y grado de llenado. (23)
4.4.4.3. Índice de abrasión.
Se ensayaron cinco muestras de escorias de reducción de acuerdo al criterio de
variación de la composición química. Las muestras de mayor variación, fueron identificadas con
las siguientes etiquetas: ESCR-A-ABRA, ESCR-B-ABRA y ESCR-C-ABRA, y fueron tomadas
de
las
muestras
principales:
ESCR-001-USB,
ESCR-008-USB,
y
ESCR-013-USB,
respectivamente. En cambio, las muestras de menor variación, se identificaron de la siguiente
forma: ESCR-D-ABRA y ESCR-E-ABRA; las mismas procedían de las muestra principales:
ESCR-036-USB y ESCR-011-USB, respectivamente.
La preparación previa de las muestras consistió, en un secado durante 24 horas a
una temperatura de 105 ± 5 ºC. Posteriormente, fueron tamizadas por los tamices circulares
marca U.S.A. ASTM E – 11
(16)
, malla No. 30 (600 µm) y malla No. 40 (425 µm); de forma tal,
que se obtuvo un mínimo de 5.0 kg. de cada muestra, con una granulometría pasante del tamiz
No. 30 y retenida en el tamiz No. 40. Por último, fueron embaladas e identificadas, y enviadas a
los laboratorios de INTEVEP, donde se realizaron los ensayos.
En la determinación del índice de abrasión, se aplicó la norma ASTM C 704 – 01
(27)
, utilizando un equipo de erosión de refractarios construido por CSI (Custome Scientific
Instruments). La figura No. 4.4 muestra el esquema del equipo utilizado.
FIGURA 4.4. Esquema del equipo de erosión de refractarios
El equipo consta de una cámara donde se colocó una muestra de acero AISI
4140 cilíndrica de 38 mm de diámetro por 8 mm de espesor, a una distancia de 15 cm (5,9 in.)
desde la punta de una boquilla de vidrio, hasta un pedestal ajustable en forma horizontal a ángulo
de 90º. Se midió previamente, el peso inicial de las probetas metálicas en una balanza marca
KERN modelo 770, con una precisión de 0.1 mg. Las partículas de material erosivo evaluadas
(SiO2, SiC y Escorias de Reducción), se impulsaron a una presión de aire de 448.2 kPa (65 psi),
desde un reservorio en forma de embudo contentivo de 1 kg de material, hasta la superficie de la
muestra, a través de una pistola con una boquilla de vidrio colocada en la parte superior de la
cámara del equipo. La presión de aire de 448.2 kPa indicada en el manómetro, permitió
establecer una presión interna en la cámara de 250 Pa (1¨ de agua). La presión de la cámara se
mantuvo constante durante el ensayo, regulándose con la mariposa del saco recolector de
partículas finas (figura 4.4). Se empleó un ángulo de impacto de 90º, y la aplicación de 1 kg de
material erosivo, se realizó entre 3 y 4 minutos. Finalizado el ensayo, se pesaron las probetas
metálicas erosionadas. Se calculó el desgaste producido por los materiales erosivos dividiendo la
pérdida de peso total de las muestras entre el flujo total de material, ej: (mg/kg SiC). (27)
Se realizó una medición a cada muestra de escoria, tres mediciones empleando
sílice artificial (SiO2) y tres mediciones con carburo de silicio (SiC). Esto se realizó con el fin, de
poder establecer una comparación de la abrasividad de las escorias de reducción con respecto a
dos materiales abrasivos por excelencia. (27)
4.4.4.4. Resistencia al desgaste por abrasión e impacto.
Empleando el criterio de variación de la composición química, se realizó el
análisis a cinco muestras de escorias de reducción. Las muestra de mayor variación, se
identificaron con las etiquetas: ESCR-A-RDES, ESCR-B-RDES y ESCR-C-RDES; las cuales se
tomaron de las muestras principales: (ESCR-033-USB y ESCR-016-USB), (ESCR-026-USB y
ESCR-006-USB) y ESCR-035-USB, respectivamente. Las muestras de menor variación se
identificaron como: ESCR-D-RDES y ESCR-E-RDES; y provenían de las muestras principales:
(ESCR-005-USB y ESCR-012-USB) y (ESCR-022-USB y ESCR-023-USB), respectivamente.
El ensayo se realizó de acuerdo a la norma ASTM C 131 – 89. El método descrito
en dicha norma, es conocido como “Método de los Ángeles”.
(28)
Las muestras a ser ensayadas,
fueron inicialmente secadas durante 24 horas a una temperatura constante de 105 ± 5 ºC, y fueron
pasadas por los tamices circulares marca U.S.A. ASTM E – 11
(16)
, malla No. 4 (4.75 mm) y
malla No. 8 (2.36 mm). Las muestras consistieron de 5000 ± 10 g de escoria de reducción (peso
inicial PA), cuyo tamaño de partícula fue pasada por el tamiz No. 4, y retenida en el tamiz No. 8.
El ensayo consistió en introducir las muestran en un molino de bolas marca Bico
modelo BM – 1, de 0.305 m de diámetro y 0.305 m de largo. Posteriormente, se introdujo la
carga abrasiva, la cual consistió de 4 bolas de acero de 1 27/32 in. de diámetro y de peso promedio
unitario de 570 g y 2 bolas de acero de 1.45 in. de diámetro y peso promedio unitario de 230 g.
El molino se cerró herméticamente, para impedir la pérdida de material, y las muestras se
sometieron a un ciclo de molienda de 500 revoluciones a una velocidad angular de 69 rpm.
Finalizado la molienda, se pasaron las muestra por un tamiz malla No. 12 (1.70 mm), y se
registró el peso, como peso desgastado seco PB. Por último, con el fin de eliminar las partículas
finas en las muestras (ø < 1.70 mm), las mismas fueron lavadas encima de dicho tamiz y secadas
posteriormente, registrando su peso desgastado seco corregido PB´. El desgaste se midió por la
diferencia entre la masa inicial de la muestra seca (PA) y la masa del material desgastado
corregido (PB´), expresado como porcentaje inicial (28):
⎛ PA − PB´ ⎞
⎟ *100
⎜
⎟
⎝ PA ⎠
Porcentaje de desgaste (%) = ⎜
Ecuación (8)
CAPÍTULO V
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La caracterización de las escorias de reducción, permitió determinar diversas
propiedades, las cuales permitieron evaluar la factibilidad del aprovechamiento de este material
de desecho en diversos usos. Se presentan a continuación, en primer lugar, los resultados
obtenidos del trabajo de caracterización, y en segundo lugar, la evaluación de la factibilidad de
aprovechamiento de las escorias de reducción en diversos usos.
5.1. Caracterización de escorias de reducción.
La caracterización de las escorias de reducción, consistió en evaluar sus
propiedades químicas, físicas, mineralógicas, morfológicas, y mecánicas. La caracterización del
material se realizó empleando un método estadístico, que permitió obtener resultados promedios
y su dispersión, para cada ensayo. Este tipo de resultados es más útil para la empresa, ya que
permite establecer un rango de valores, de las propiedades evaluadas.
5.1.1. Propiedades químicas.
Se evaluaron las siguientes propiedades: composición química, contenido de
carbono y azufre, basicidad y contenido de humedad.
5.1.1.1. Composición química.
La determinación de la composición química, expresada en forma de óxidos
elementales, se realizó por medio de dos técnicas, por EDS, con la cual se determinó el contenido
de: SiO2, MgO, FeO, Al2O3, y NiO. Por ICP, con el cual se determinó el contenido de: Cr2O3,
MnO, CaO, CoO y Cu2O. La tabla 5.1 muestra la composición química promedio de las escorias
de reducción, expresada en óxidos elementales.
TABLA 5.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Componente
Valor promedio (%)
SiO2
44.25 ± 0.17
MgO
38.03 ± 1.22
FeO
12.10 ± 0.60
Al2O3
1.954 ± 0.410
NiO
0.122 ± 0.012
Cr2O3
1.012 ± 0.100
MnO
0.360 ± 0.079
CaO
0.085 ± 0.020
CoO
0.010 ± 0.007
Cu2O
0.002 ± 0.001
La composición química de las escorias de reducción, esta básicamente
conformada por SiO2, MgO y FeO; los cuales representan el 94.38% de la composición química.
Por este motivo, el criterio de selección de muestras basada en la variación de la composición
química promedio, se aplicó con los compuestos determinados por EDS. La figura 5.1 muestra la
variación total de la composición química de las muestras, de dichos compuestos.
100.0
90.0
80.0
Variación (%)
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Muestra
MgO
Al2O3
SiO2
FeO
NiO
SiO2/MgO
FIGURA 5.1. Variación total de la composición química con respecto a la composición química promedio
5.1.1.2. Contenido de carbono y azufre.
Una de las funciones que tienen las escorias, es la de arrastrar el carbono y azufre
presente en el mineral, ya que estos elementos desmejoran las propiedades mecánicas del
ferroníquel. Los análisis de contenido de carbono y azufre determinó que el contenido de estos
elementos esta en forma de trazas. Este contenido, se debe a que el arrastre de estos elementos, es
realizado por las escorias de refinación o de afino, tanto por la tipo “A&B”, y la tipo “C”, las
cuales poseen en efecto, contenidos significativos de carbono y azufre. La tabla 5.2 muestra los
porcentajes de carbono y azufre presentes en escorias de reducción.
TABLA 5.2. CONTENIDO DE CARBONO Y AZUFRE EN ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Valor promedio
Elemento
(%)
ppm
Azufre (S)
0.014 ± 0.010
142.3 ± 95.3
Carbono (C)
0.016 ± 0.003
164.5 ± 34.4
5.1.1.3. Basicidad.
La basicidad de las escorias de reducción viene dada por la relación SiO2/MgO.
En base a esta relación, si es mayor a 1, lo que implica que el contenido de SiO2 > MgO, se dice
que la escoria es ácida. (2) El valor de basicidad obtenido de escorias de reducción fue de 1.16 ±
0.04 (valor promedio) y 1.16 ± 0.02 (valor de confianza). La relación para escorias de reducción
es mayor a 1, por lo que de acuerdo a dicho criterio, la escoria de reducción es ácida.
El rango de basicidad se encuentra dentro del rango óptimo (1.1 – 1.7), para que la
escoria de reducción presente una viscosidad entre 0.50 – 1.30 poise. Este rango de viscosidad,
asegura que el flujo de escoria sea lo suficientemente fluido durante el sangrado de escoria. (3)
5.1.1.4. Contenido de humedad.
El contenido de humedad en lote (humedad de muestras con peso mayor a 1.0 kg)
presente en las escorias de reducción, es de 3.86 ± 0.89 % (valor promedio) y 3.86 ± 0.38 %
(valor de confianza). El contenido de humedad es menor al 5.0 %, por lo que no se requeriría de
mucha energía (kwh/ton), en el secado de escorias de reducción. Este valor, puede indicar
igualmente, un bajo potencial de hinchamiento (variación volumétrica de un material por la
absorción de agua), y por ende, una baja absorción de agua. (11)
5.1.2. Propiedades físicas.
Las propiedades físicas evaluadas a las escorias de reducción fueron las siguientes:
densidad aparente y densidad de empaque, granulometría, porosidad y finura de Blaine.
5.1.2.1. Densidad aparente y densidad de empaque.
La densidad aparente, determinada de acuerdo a la norma ASTM C 128 – 88
3
(12)
,
3
de escorias de reducción, es 2.95 ± 0.05 g/cm (valor promedio) y 2.95 ± 0.02 g/cm (valor de
confianza). La gravedad específica dio como resultado 2.96 ± 0.05. Esta densidad, fue
determinada por picnometría de polvos, por lo que su valor incluye los poros saturables y no
saturables de las partículas, pero no incluye los vacíos entres las partículas.
En cambio, la densidad de empaque, determinada de acuerdo a la norma ASTM C
357 – 91
(13)
, posee un valor de 1.59 ± 0.10 g/cm3 (valor promedio) y 1.59 ± 0.04 g/cm3 (valor de
confianza). Esta densidad, incluye la masa de agua dentro de los poros saturables. Es un factor
importante para el diseño de mezclas, porque con él se determina la cantidad de agregado para un
volumen unitario de concreto, debido a que los poros interiores de las partículas de agregado, van
a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y además, porque el agua se aloja dentro de
los poros saturables. (13)
La diferencia entre ambas densidades, puede indicar la existencia de un valor
elevado de porosidad tanto aparente como total, del material.
5.1.2.2. Granulometría.
La granulometría es una propiedad de importancia para cualquier uso de
aprovechamiento que se evalué a cualquier material. El análisis granulométrico por tamizado
mecánico, permitió evaluar los siguientes parámetros: distribución promedio de tamaño de
partícula, tamaño medio o mediana de la distribución de partícula, módulo de tamaño, módulo de
distribución, y tamaño más frecuente de la distribución de partícula.
La figura 5.2 muestra la curva de distribución promedio de tamaño de partícula,
obtenida para escorias de reducción.
100.00
90.00
80.00
Acumulado (%)
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
25000
12500
6300
4000
2000
1000
500
250
< 250
Tamaño de partícula (micrones)
Pasante
Retenido
FIGURA 5.2. Curva de distribución promedio de tamaño de partícula
Los tamices que retienen mayor cantidad de escoria son malla No. 10 (2.00 mm),
31.10 ± 3.93 %, malla No. 18 (1.00 mm), 44.38 ± 2.23 % y la malla No. 35 (500 µm), 15.97 ±
2.77 %. La escoria de reducción esta compuesta básicamente de partículas finas, ya que se
consideran partículas finas, aquellas con tamaño de partícula menor a 4.75 mm (malla No. 4), en
la clasificación de agregados. El pasante en malla No. 5 (4.00 mm) es de 96.63 ± 1.00 %. Otro
tipo de clasificaciones, establecen como partículas finas, todas aquellas cuyo tamaño de partícula
es menor a 3.35 mm (malla No. 6). En este caso, el pasante es superior al 80.0 %
aproximadamente, de acuerdo a la curva de distribución promedio de tamaño de partícula (figura
5.2). Existe la presencia de 1.28 ± 0.56 % de partículas con tamaño de partícula mayor a 6.3 mm.
Algunas de estas partículas, corresponden a rocas de mineral que no logran fundirse y a trozos de
refractarios que se desprenden de los calcinadores y hornos. Esto se verificó en una inspección
visual, realizada a partículas de tamaño de partícula mayor a 6.3 mm.
El tamaño medio, o mediana de la distribución promedio de tamaño de partícula,
es de aproximadamente 1600 µm (1.60 mm), lo cual demuestra la composición mayoritaria de
partículas finas en las escorias de reducción. Este tamaño de partícula se encuentra entre los
tamaños de partícula de 2.00 mm (con 31.10 ± 3.93 % de peso retenido), y 1.00 mm (con 44.38 ±
2.23 % de peso retenido). Dicho tamaño corresponde con el tamaño de partícula del 50% del
pasante de la muestra.
El tamaño de partícula más frecuente de la distribución promedio de partícula es
1.00 mm (malla No. 18), ya que posee un porcentaje de peso retenido promedio de 44.38 ± 2.23
%. Sin embargo, el tamaño de partícula de 2.00 mm (malla No. 10), posee un porcentaje en peso
retenido promedio bastante alto también, de 31.10 ± 3.93 %. La figura 5.3 muestra un histograma
del porcentaje de peso retenido en los diferentes tamices.
50
44.38
45
Peso Retenido (%)
40
35
31.10
30
25
20
15.97
15
10
5
0.40
0.55
0.33
25000
12500
6300
4.23
1.79
1.25
0
4000
2000
1000
500
250
< 250
Abertura (micrones)
FIGURA 5.3. Distribución promedio de tamaño de partícula
El módulo de tamaño (K) y el módulo de distribución (α), fueron determinados
por medio de la ecuación de Schuhmann. Se obtuvo un módulo de tamaño de 4.398, lo que
indica que el tamaño máximo teórico de partícula en la distribución es de 4.398 mm. Aunque se
consiguen partículas con tamaño de partícula mayor a 25.0 mm, este módulo de tamaño obedece
al mayoritario contenido de partículas finas. El pasante en tamiz No. 5 (4.00 mm) es de 96.63 ±
1.00 %. (14)
El módulo de distribución obtenido fue 0.027. Este resultado indica, que existe un
contenido de partículas finas representativo dentro de la distribución de partícula. Esto es
congruente con tener 21.44 ± 3.80 % de partículas pasantes por el tamiz No. 18 (1.00 mm), o
65.83 ± 4.45 % de pasante por el tamiz No. 10 (2.00 mm). La figura 5.4 muestra la distribución
de tamaño de partícula de acuerdo a la ecuación de Schuhmann. La ecuación de Schuhmann
obtenida y la cual es solamente válida para el tramo lineal de la curva, es la siguiente (14):
0.027
⎛ x ⎞
y =⎜
⎟
⎝ 4.398 ⎠
Log pasante (%)
100
10
1
1
10
100
1000
10000
100000
Log diámetro (micrones)
FIGURA 5.4. Distribución de tamaño de partícula de acuerdo a la ecuación de Schuhmann
5.1.2.3. Porosidad.
Empleando el método de adsorción de nitrógeno BET (18), se pudieron determinar
los siguientes parámetros de porosidad: área superficial (m2/g), volumen de poros (cm3/g),
tamaño de poros (Å) y porcentaje de porosidad. La tabla 5.3 muestra los resultados obtenidos.
Las escorias de reducción presentan una porosidad de 14.53 ± 2.81 %. Su
porosidad esta compuesta básicamente de mesoporos, con un tamaño de poro promedio de 30.3 ±
13.4 Å. Esto corresponde a un volumen de poros, de 0.049 ± 0.010 cm3/g.
TABLA 5.3. POROSIDAD DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Área superficial
Volumen de
3
Tamaño de poros
Porosidad (%)
2
(m /g)
poros (cm /g)
(Å)
ESCR-A-PORS
0.0830
0.038
18.54
11.21
ESCR-C-PORS
0.0911
0.045
19.77
13.27
ESCR-D-PORS
0.0512
0.059
46.00
17.40
ESCR-E-PORS
0.0596
0.055
37.08
16.23
Por medio de microscopía óptica, se pudo observar la porosidad presente en las
escorias de reducción. Esta porosidad, esta compuesta por poros de diferentes tamaños, y no
presenta una distribución uniforme en la microestructura. La figura 5.5 muestra fotomicrografías
de escorias de reducción, donde se puede observar la porosidad presente en dichas muestras.
FIGURA 5.5. Comparación de la porosidad presente en escorias de reducción, vista en un microscopio óptico a
100X. Izquierda: microestructura con menor porosidad. Derecha: microestructura con mayor porosidad
El proceso de enfriamiento y granulación, aplicado a las escorias de reducción, es
la principal causa de la porosidad presente en las mismas. El rápido enfriamiento que sufren las
escorias, mediante el choque térmico con el flujo de agua, origina por evaporación, la presencia
de gases. Estos gases, y el agua empleada para la granulación de la escorias de reducción, pueden
quedar atrapados en la mismas, una vez solidificado el material, produciendo poros, tanto en el
interior como en la superficie de las escorias. (29)
La figura 5.6 muestra diferentes fotomicrografías, tomadas en MEB, en la cual se
pueden apreciar la porosidad presente en las escorias de reducción.
A
A
C
C
B
B
D
D
FIGURA 5.6. Fotomicrografías de porosidad presente en las escorias de reducción por MEB. A. Poro con partículas
de material fracturadas en su interior. B. Poro parcialmente formado. C. Poro con una posible inclusión en su
interior. D. Poros de diferentes formas y tamaños
5.1.2.4. Finura de Blaine.
La finura de Blaine, es un valor de importancia en cementos. Este parámetro,
establece el área superficial de un material, a un determinado porcentaje de retenido de la muestra
en un tamiz No. 325 (45 µm). La finura de Blaine, es una propiedad que varía inversamente
proporcional, con respecto al porcentaje de retenidos en tamiz No. 325. A mayor porcentaje de
retenidos en tamiz No. 325, la finura de Blaine es menor, y viceversa. (33)
Las muestras de escorias de reducción, fueron molidas por un mínimo de tres
horas y un máximo de cuatro horas. Los porcentajes de retenidos, de las muestras molidas, en
tamiz No. 325, variaron entre un mínimo de 8.0% y un máximo de 23.0%.
La figura 5.7 muestra la curva obtenida del conjunto de mediciones realizadas, la
cual cumple con la relación, anteriormente definida, entre la finura de Blaine y el porcentaje de
retenidos. La curva obtenida, presentó una dispersión mínima de 0.54 %, lo cual significa que es
útil para determinar finuras de Blaine, para retenidos entre 8.0 % - 23.0 %, de escorias de
reducción.
En los análisis de molturabilidad de Bond, los cuales se presentan en páginas
posteriores, se determinó que el porcentaje de retenido en tamiz No. 325, del producto de
molienda de escorias de reducción, es aproximadamente de 12.0%. De acuerdo a la curva
Finura de Blaine (cm^2/g)
obtenida en la figura 5.7, la finura de Blaine es 4145 ± 22 cm2/g.
4900
4700
4500
4300
4100
3900
3700
3500
3300
3100
2900
2700
2500
-0.3223
y = 9233.8x
2
R = 0.9946
5.0
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
17.0
19.0
21.0
23.0
25.0
Retenidos de escorias (%)
FIGURA 5.7. Finura de Blaine en función del retenido en tamiz No. 325 (%) de escorias de reducción
5.1.3. Propiedades mineralógicas y morfológicas.
Se realizó un análisis microestructural de las escorias de reducción mediante
ensayos de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) con análisis
químico de fases por EDX, y análisis cualitativo por microscopía óptica.
5.1.3.1. Características morfológicas.
Se realizó una observación en MEB, de partículas de escorias de reducción con
tamaño de partícula pasante por tamiz No. 30 (600 µm), y retenida en tamiz No. 40 (425 µm). Se
emplearon dos muestras de estas partículas, unas sometidas a un proceso de molienda previo, y
las otras, sin molienda. La figura 5.8 muestra las partículas de escorias de reducción sin
molienda.
C
on
n
d
nccaavvviiddaad
Co
FIGURA 5.8. Fotografías de partículas de escorias de reducción sin molienda por MEB. Izquierda: partículas de
escorias vistas a 20X. Derecha: partículas de escorias vistas a 100X.
Las partículas de escorias de reducción, antes de la molienda, presentan una forma
casi esférica, producto del proceso de granulación con agua; aunque también se pueden observar
partículas sin forma regular. Dichas partículas, presentan una superficie lisa, y no se observan
ángulos por fracturas o esfuerzos mecánicos. Como una característica resaltante, se puede
observar una partícula de escoria, con una concavidad redondeada (ver figura 5.8), la cual pudo
originarse, presumiblemente, por gases o agua atrapada en la partícula durante su granulación,
produciendo una fractura completa de la partícula. (14)
La figura 5.9 muestra las partículas de escorias, luego de ser sometidas a un
proceso de molienda.
FIGURA 5.9. Fotografías de partículas de escorias de reducción posterior a la molienda por MEB. Izquierda:
partículas de escorias vistas a 20X. Derecha: partículas de escorias vistas a 100X.
Las partículas de escorias de reducción, posterior a la molienda, presentan una
forma irregular, con una superficie áspera, y la presencia de ángulos, producto de los esfuerzos
mecánicos aplicados durante la molienda. Las fracturas que sufren las partículas, son frágiles, ya
que carecen de deformación plástica. Este tipo de fracturas es características de materiales
cerámicos.
5.1.3.2. Difracción de rayos X.
El análisis estructural se realizó mediante difracción de rayos X. En cambio, el
análisis microestructural se realizó por medio de microscopía electrónica de barrido (MEB), con
análisis de composición química de fases por EDX. En primer lugar, se van a presentar los
resultados obtenidos mediante DRX.
Se realizaron los análisis de DRX a cinco muestras de escorias de reducción, tal y
como se explicó en el método experimental. Los cinco difractogramas obtenidos arrojaron los
mismos resultados. La figura 5.10 muestra el difractograma obtenido de escorias de reducción.
O
X
O
X
O
O
X
O
X
O
O
O
X
O
X
O
X
O
X
O
O
O
O
O
O
O
O
2θ
FIGURA 5.10. Difractograma típico de escorias de reducción. O = Forsterita X = Espinelas
Por medio de DRX, se pudo detectar la presencia de dos fases cristalinas. La
primera es la forsterita, cuya fórmula química es Mg2SiO4. La forsterita es un silicato de
magnesio, del tipo nesosilicatos, y del grupo olivino, el cual cristaliza en el sistema ortorrómbico.
Una característica importante de señalar, es que el difractograma, cumple con el patrón de
estructuras químicas del tipo (Mg, Fe)2SiO4. Este compuesto es un silicato de hierro y magnesio
con sustituciones entre estos dos elementos, comprendiendo una serie isomórfica continua desde
la forsteria con magnesio y sin hierro, a la fayalita que por el contrario no tiene magnesio y sí
hierro. Esta serie isomórfica se denomina Olivinos. Es por este motivo que al realizar un análisis
químico de fases en la microestructura, es posible encontrar presuntas fases que se diferencian
por su tonalidad de color, pero que son realmente una misma fase de (Mg, Fe)2SiO4, en la cual
varía la cantidad de magnesio y de hierro, existiendo una relación cuantitativa inversamente
proporcional entre estos elementos; tal y como sucede, y será discutido más adelante. (29)
Otro aspecto importante a resaltar, es que los ortosilicatos, o nesosilicatos, poseen
una estructura cristalina en la cual los iones oxígeno están en arreglo casi hexagonal compacto
con Mg+2 en los sitios octahédricos y Si+4 en los tetraédricos. Pero, desde el punto de vista de la
coordinación, este arreglo también puede visualizarse como un arreglo de tetrahedros SiO4+4 con
iones Mg+2 en los intersticios octahédricos. Cada ión está coordinado con un Si+4 y tres Mg+2 o
con dos Si+4. Por este motivo, se puede tratar o simular la estructura cristalina de la forsterita con
la estructura cristalina de una espinela inversa, en donde los iones A+2 y la mitad de los iones B+3
se encuentran en las posiciones octahédricas, y la otra mitad de los iones B+3 se encuentran en
posiciones tetrahédricas. Por todo lo señalado, la estructura cristalina de la forsterita se puede
visualizar como la estructura cristalina de una espinela inversa. (29,31,32)
La segunda fase cristalina detectada en el difractograma, es la de estructuras
espinelas, y en específico, la cromita Cr2FeO4 y la magnetita Fe+2Fe+32O4 (Fe3O4). Estos dos
óxidos, pertenecen al grupo de la espinela, y del tipo inversa, los cuales cristalizan en el sistema
regular en forma de octahedros, en combinaciones con rombododecaedros y maclas de dos
octahedros característica, denominadas maclas de las espinelas.
Debido a la similitud en las estructuras cristalinas tanto de la forsterita como de las
espinelas, en la cual los iones Mg+2 y el Fe+2 ocupan posiciones octahédricas, y el Cr+3 puede
ocupar tanto posiciones octahédricas como posiciones tetrahédricas, y además, donde los radios
iónicos son similares, 0.078 nm, 0.087 nm y 0.064 nm, para el Mg+2, Fe+2 y Cr+3,
respectivamente; se puede producir, por ende, una fácil sustitución de iones Mg+2 por iones Fe+2
en las posiciones octahédricas, y viceversa, y sustituciones de iones Cr+3 en posiciones
tetrahédricas por iones Fe+3 y viceversa. (29)
5.1.3.4. Análisis químico de las fases microestructurales.
La microestructura de escorias de reducción presenta cinco fases, que hemos
denominado: clara, gris clara, gris oscura, nodular de tamaño grande y nodular de tamaño
pequeño. La figura 5.11 muestra fotomicrografías de las fases presentes en escorias de reducción.
2
5
3
4
1
FIGURA 5.11. Fotomicrografía de escorias de reducción en MEB a magnificación de 500x. Leyenda: 1: Fase clara;
2: Fase gris clara; 3: Fase gris oscura; 4: Fase nodular de tamaño grande; 5: Fase nodular de tamaño pequeño
Por medio de EDX, se determinó la composición química de las fases señaladas.
Las fases clara, gris clara y gris oscura pueden ser analizadas de manera conjunta. La figura 5.12
muestra la composición química promedio de estas fases, determinada mediante EDX.
A
A
Fase gris oscura
Elemento
p/p (%)
O
22.38
Mg
36.89
Si
31.27
Cr
0.50
Mn
0.00
Fe
9.00
B
B
Fase gris clara
Elemento
p/p (%)
O
21.73
Mg
32.09
Si
31.69
Cr
0.87
Mn
0.45
Fe
13.16
C
C
Fase clara
Elemento
p/p (%)
O
21.76
Mg
7.76
Si
40.89
Cr
1.65
Mn
0.79
Fe
18.88
FIGURA 5.12. Composición química por EDX de fases de la microestructura de escorias de reducción. A. Fase gris
oscura. B. Fase gris clara. C. Fase clara
Las diferencias entre las fases clara, gris clara y gris oscura, vienen dadas por dos
factores. Primero, la variación en composición química, dada por diferentes proporciones en los
elementos magnesio, hierro y cromo, la cual produce una diferencia en el contraste o tonalidad
entres las fases observadas en las fotomicrografías. Segundo, por la estructura cristalina en cada
fase. Como se explicó en los resultados de DRX, la similitud de las estructuras cristalinas entre la
forsterita y la espinela, y de los radios iónicos de los iones Fe+2, Mg+2, Cr+3 y Fe+3, permiten una
fácil sustitución entre estos cationes en las posiciones octahédricas y tetrahédricas, variando así la
proporción de estos elementos en la composición química. Por otro lado, en la microscopía
electrónica de barrido, el contraste viene dado por los electrones retrodispersados. Las fases
metálicas, por poseer un enlace metálico, presentan una mayor intensidad de electrones
retrodispersados, al liberarse más fácilmente los electrones del enlace, produciendo una imagen
más clara. En cambio, las demás fases, con enlaces iónicos o covalentes, presentan una menor
intensidad de electrones retrodispersados, al no liberarse con facilidad del enlace, y produciendo
por ende, imágenes menos claras. Por este motivo, la fase clara correspondería a una fase
metálica y, además, presenta el mayor contenido de hierro y cromo, y el menor contenido de
magnesio. La fase gris clara, disminuye su contenido de hierro y cromo, y aumenta el contenido
de magnesio. La fase gris oscura, presenta un mayor contenido de magnesio, y una disminución
mayor de hierro y cromo.
Sin embargo, el contraste entre la fase clara y la fase gris oscura, no se debe,
únicamente, a una variación de la composición química de las fases, sino a una variación de la
estructura cristalina de las mismas. La fase gris oscura, determina su estructura cristalina, por el
oxígeno en posición hexagonal, constituyendo una fase de forsterita Mg2SiO4. En cambio, la fase
clara, determina su estructura cristalina, por el oxígeno en posición cúbica, constituyendo una
fase de espinela. (29)
Por los dos factores expuestos, la variación de la composición química por la
sustitución de iones de los elementos Fe, Mg y Cr, y la variación de la estructura cristalina, de
acuerdo a la posición del oxígeno en la estructura cristalina; las fases clara, gris clara y gris
oscura, constituyen una solución sólida, donde se tiene por un extremo, la forsterita con oxígeno
en posición hexagonal, y por el otro extremo, la espinela con oxígeno en posición cúbica. La fase
gris clara, constituye las variaciones que se producen entre uno y otro extremo de la solución
sólida.
La fase nodular de tamaño grande, es una fase metálica compuesta por Fe y Ni
únicamente, en proporciones altamente variables. Es una fase metálica, ya que esta compuesta
por elementos metálicos y no existe la suficiente presencia de oxígeno, que permita la formación
de óxidos. Es de notar, el gran contraste claro (color blanco), lo que refuerza esta afirmación, por
lo explicado para las fases clara, gris clara y gris oscura.
Las escorias de reducción, son escorias obtenidas en el proceso de producción de
ferroníquel (FeNi). Una fase metálica de Fe y Ni, podría hacer suponer que se esta en presencia
de este compuesto metálico. Sin embargo, los resultados de DRX, no detectaron la presencia de
esta fase, por lo que no se puede aseverar que dicha fase sea ferroníquel. Sin embargo, de ser así,
esto se debería a un proceso mecánico de convección, donde al realizarse el sangrado de la
escoria, se producen ciertos flujos con determinas intensidades en el interior del horno, que
atrapan mecánicamente partículas de Fe y Ni. Debido a la alta velocidad de evacuación de la
escoria y el rápido enfriamiento y granulación, dicha fase no tiene oportunidad de difundir en la
microestructura, quedando atrapada, de forma metaestable, y como una fase aislada, dentro de la
microestructura. Esta fase se observó repetidamente en todas las muestras analizadas. La figura
5.13 muestra la composición química por EDX de esta fase metálica.
Fase nodular de
tamaño grande
Elemento
p/p (%)
Fe
43.40
Ni
46.70
FIGURA 5.13. Composición química por EDX de la fase metálica
La fase nodular de tamaño pequeño, se diferencia en apariencia de la fase
metálica, por su tamaño. La fase metálica posee un tamaño notablemente mayor. Por medio de
EDX, se determinó la composición química de esta fase, la cual presenta como elementos
mayoritarios, cromo y hierro y presencia de Mn en menor proporción. Esta fase, podría
corresponder con la espinela de cromita, FeCr2O4, detectada mediante DRX. Esta fase se observó
repetidamente en todas las muestras analizadas. La figura 5.14 muestra la composición química
por EDX de esta fase.
Fase nodular de
tamaño pequeño
Elemento
p/p (%)
O
4.28
Cr
40.84
Mn
3.09
Fe
32.05
FIGURA 5.14. Composición química por EDX de la fase nodular clara de tamaño pequeño
La figura 5.15 muestra la microestructura de escorias de reducción. La
cristalización de la escoria se realiza principalmente mediante la difusión del magnesio y silicio a
través del material y en menor proporción por la difusión de hierro, cromo y otros elementos
minoritarios. Básicamente, cuando se tienen dos iones para ocupar una posición particular en una
red cristalina, el ión con la mayor densidad de carga (potencial iónico) forma el enlace más
fuerte, ganando así su posición en la red. En la forsteria, estos dos iones, son el Mg+2 y el Fe+2. El
potencial iónico del Mg+2, el cual viene dado por el cociente de la carga del ión y el radio iónico,
es de 25.64, mientras que el potencial iónico del Fe+2, es de 22.99. Es por esta razón, que en los
silicatos del grupo olivino, el primer enlace que se forma es el magnésico (forsterita).
Simultáneamente, se produce un cambio en la estructura cristalina, formando fases de forsterita,
determinada por los oxígenos en posición hexagonal, y fases de espinela, determinada por los
oxígenos en posición cúbica. (32)
La cristalización de la forsterita, tal y como se muestra en las fotomicrografías, se
realiza en cristales prismáticos o tabulares, formados por combinaciones de prismas y
bipirámides, siendo muy poco usual los cristales bien formados. Debido a que el potencial iónico
o densidad de carga del Mg+2 es mayor que la del Fe+2, y adicionalmente, la temperatura es muy
elevada (1600 ºC aproximadamente), el catión magnesio difunde a mayor velocidad a través del
material, agrupándose y formando estructuras tabulares básicamente.
A
A
B
B
C
C
D
D
P
P
uunn
Pu
ntttoo
osss
O
O
oosss
Ossscccuu
urrro
P
P
M
ddeee
Poo
osssiiibb
bllleeesss M
Maaaccclllaaasss d
E
E
nneeelllaaasss
ppiiin
Esssp
FIGURA 5.15. Fotomicrografías de la microestructura de escorias de reducción en MEB, tomadas a diferentes
magnificaciones: A. 30X B. 300X C. 500X y D. 5056X
La Fotomicrografía “D” de la figura 5.15, muestra la presencia de pequeños puntos
oscuros en los alrededores de zonas tabulares, los cuales son ricos en magnesio. Esto se puede
deber, presumiblemente, a la interrupción del proceso de cristalización por el enfriamiento, no
teniendo los iones suficiente tiempo de difundir y cristalizar en forma tabular. De igual forma, los
iones Fe+2, los cuales difunden a menor velocidad, tienen menos tiempo de difundir a través del
material, y por ende, cristalizan de forma diferente. La Fotomicrografía “C” de la figura 5.15,
muestra cristales parecidos a las maclas. Estos cristales, podrían ser las denominadas “maclas de
espinelas”. Las espinelas cristalizan en el sistema regular en forma de octahedros, en
combinaciones con rombododecaedros y maclas de dos octahedros, a las cuales se les denomina
maclas de espinelas. Sin embargo, el determinar el proceso de cristalización detalladamente, es
una tarea difícil y que requiere de mayor investigación.
El último aspecto a señalar en la microestructura de escorias de reducción, es la
presencia de grietas y fracturas en las mismas. Por medio de la observación en MEB, se pudo
detectar una moderada presencia de grietas y fracturas, de variadas longitudes y espesores. La
figura 5.16 muestra algunas fotomicrografías en la cual se pueden apreciar grietas y fracturas en
la microestructura.
A
A
B
B
C
C
D
D
FIGURA 5.16. Fotomicrografías de grietas y fracturas de la microestructura de escorias de reducción por MEB. A.
Fractura de gran espesor en la microestructura vista a 100X B. Vista más amplia a 80X, donde se aprecian varias
grietas de diversos espesores y longitudes C. Conexión de grietas de menor espesor vista a 100X D. Grieta de gran
longitud y poco espesor vista a 80X.
Las grietas presentes en la microestructura de escorias de reducción, se deben
principalmente al choque térmico que sufre el material durante su enfriamiento. Para las
cerámicas policristalinas, una fuente común de microgrietas se deben a los esfuerzos
desarrollados durante el enfriamiento desde la temperatura de quema, los cuales inician grietas
superficiales sin que produzcan la fractura final. Otra fuente asociada al choque térmico, es la
diferencia en los coeficientes de expansión de las diferentes fases presentes en la microestructura,
los cuales pueden concentrar esfuerzos, y producir y propagar grietas en las direcciones de mayor
densidad atómica, sin tener que llegar a la fractura necesariamente. Un aspecto importante a
resaltar, es la relación que existe entre los poros y las grietas. El papel de la porosidad puede ser
en éste caso doble. Por un lado pueden actuar como concentradores de esfuerzos y, por ende,
ser generadores de grietas. Por otro lado, pueden actuar favorablemente, y es muy típico cuando
los esfuerzos son inducidos por choque térmico, ya que los poros tienden a detener la
propagación de las grietas, obteniendo así grietas superficiales y no la fractura completa, tal y
como se observó en las muestras analizadas. (29)
5.1.4. Propiedades mecánicas.
Otro grupo importante de propiedades que se evaluaron, al fin de obtener una
caracterización lo más completa posible de las escorias de reducción, son las propiedades
mecánicas. Una razón importante para evaluar estas propiedades, es que son un criterio
indispensable, en la factibilidad del aprovechamiento de este material en los usos planteados en
este proyecto. En cementos y concretos, las escorias se emplean como agregados, las cuales
deben pasar por un proceso de molienda previo. En capas de rodadura, bases y sub-bases, las
escorias se emplean como agregados, las cuales deben soportar carga, y por ende, tener una
buena
resistencia
mecánica.
Las
propiedades
mecánicas
evaluadas
fueron:
dureza,
molturabilidad, abrasividad y resistencia al desgaste por abrasión e impacto.
5.1.4.1. Dureza.
La medición de dureza se realizó a cinco muestras de escorias de reducción por
microdureza de Vickers (HV), tal y como se explicó en el método experimental. El análisis se
realizó a dos fases estructurales, una clara o fase de espinela y otra oscura o fase de forsterita. La
figura 5.17 muestra los resultados obtenidos de dureza de Vickers (HV) de las muestras
analizadas.
1000.0
900.0
882.6
877.0
879.8
871.3
849.5
HV (kg/mm2)
800.0
700.0
600.0
576.4
585.9
576.7
589.7
555.9
500.0
400.0
300.0
200.0
100.0
0.0
ESCR-A-MDRZ
ESCR-B-MDRZ
ESCR-C-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
Muestra
Espinela
Forsterita
FIGURA 5.17. Microdureza de Vickers (HV) de escorias de reducción
Los análisis de microdureza de Vickers (HV), determinaron que la fase de espinela
posee una dureza promedio de 866.9 ± 19.8 kgf/mm2. Esta fase corresponde con la fase clara
observada por medio de un microscopio óptico. En cambio, la fase de forsterita posee una dureza
promedio de 574.1 ± 31.2 kgf/mm2. Esta fase corresponde con la fase oscura observada por
medio de un microscopio óptico. Cabe destacar que, los silicatos del grupo olivino poseen una
dureza de Mohs entre 6.5 – 7. En cambio, las espinelas poseen una dureza en escala Mohs de 8.
La diferencia de dureza entre ambas fases, de debe tanto a la composición química y la estructura
cristalina de las mismas. La alta dureza de las escorias de reducción, esta asociada, primero, a la
alta temperatura de fusión del material (de 1600 ºC aproximadamente), lo que indica una
estructura cristalina con fuertes enlaces atómicos, y segundo, al tipo de enfriamiento del material,
el cual es enfriado rápidamente por medio de un flujo de agua, simulando un temple. Por lo
general, los materiales templados, poseen una alta dureza y fragilidad.
5.1.4.2. Molturabilidad.
La molturabilidad es un parámetro a determinar en cualquier material cuando este
debe ser sometido a un proceso de molienda, ya que indica la cantidad de energía que debe ser
utilizada para reducir la granulometría del material, de un determinado tamaño a uno inferior. La
molturabilidad se determinó por medio del índice de trabajo de Bond, de cinco muestras de
escorias de reducción, tal y como se indicó en el método experimental. La figura 5.18 presenta
los resultados obtenidos del índice de trabajo de Bond, de las muestras de escorias de reducción
analizadas.
32.00
31.22
31.00
30.45
30.00
Indice de trabajo de Bond
30.19
29.98
29.78
29.00
28.00
28.33
27.63
27.39
27.20
27.02
27.00
26.00
25.00
24.00
ESCR-ABOND
ESCR-BBOND
ESCR-CBOND
ESCR-DBOND
ESCR-EBOND
Muestra
kWh / ton corta
kWh / ton métrica
FIGURA 5.18. Índice de trabajo de Bond de escorias de reducción
El índice de trabajo de Bond promedio obtenido en las escorias de reducción, fue
de 27.51 ± 0.45 kWh/ton corta y 30.32 ± 0.50 kWh/ton métrica. Estas escorias, presentan índices
de trabajo de Bond superiores a los valores promedios de escorias de acerías indicados en la guía
técnica de Bond, de 15.76 kwh/ton corta y un valor similar al índice de trabajo de Bond del
carburo de silicio SiC, el cual es de 26.6 kwh/ton corta (23). Esto último corrobora que las escorias
deben poseer una alta dureza y abrasividad. No se determinó una influencia de la composición
química en la molturabilidad del material. La figura 5.19 muestra la energía consumida en el
proceso de molienda de escorias de reducción.
55.00
54.00
Energía consumida
53.00
53.71
52.65
53.44
52.45
52.39
52.00
52.49
51.46
51.42
50.85
51.00
49.85
50.00
49.00
48.00
47.00
ESCR-ABOND
ESCR-BBOND
ESCR-CBOND
ESCR-DBOND
ESCR-EBOND
Muestra
kWh / ton corta
kWh / ton métrica
FIGURA 5.19. Energía consumida en el proceso de molienda de escorias de reducción
A medida que el índice de trabajo es aún mayor, la cantidad de energía consumida
en el proceso de molienda es mayor. Sin embargo, al comparar los valores de índice de trabajo y
energía consumida para cada muestra, no se cumple necesariamente esta relación. Existen
pequeñas diferencias, y esto se debe, a que la energía consumida, no sólo depende del índice de
trabajo, sino también del tamaño de partícula de la alimentación y del producto en el ensayo, tal y
como se puede verificar en su fórmula de cálculo. A medida que la diferencia en estos tamaños es
mayor, mayor es la energía consumida en la molienda. La energía consumida en la molienda
promedio para escorias de reducción es de 51.56 ± 0.98 kWh/ton corta y 52.59 ± 1.00 kWh/ton
métrica.
5.1.4.3. Abrasividad.
Los índices de abrasión para las escorias de reducción se ubicaron entre 21.4 y
37.3 mg/kg. La tabla No. 5.4 muestra los resultados obtenidos para cada una de las muestras
ensayadas.
TABLA 5.4. ÍNDICES DE ABRASIÓN DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Índice de abrasión (mg/kg)
ESCR-A-ABRA
30.0
ESCR-B-ABRA
21.4
ESCR-C-ABRA
37.3
ESCR-D-ABRA
23.0
ESCR-E-ABRA
35.5
En el análisis se realizó el ensayo a muestras de carburo de silicio (SiC) y sílice
artificial (SiO2), con la finalidad de establecer patrones de comparación entre las escorias de
reducción y dos materiales abrasivos por excelencia. La figura No. 5.20 presenta una
comparación de los índices de abrasión obtenidos para los tres materiales ensayados (escorias,
SiC y SiO2).
35
29.4
Erosión (mg/kg)
30
24.5
25
20
15
12.6
10
5
0
Carburo de Silicio
Sílice
Escorias
Abrasivo
FIGURA 5.20. Índice de abrasión promedio de los materiales evaluados
A las condiciones de ensayos realizadas se obtienen mayores tasas de erosión con
las escorias que con los abrasivos comúnmente usados como lo es, el carburo de silicio y la arena.
Este resultado es inesperado si tomamos en cuenta las teorías básicas de la erosión, donde un
material abrasivo a mayor dureza, mayor desgaste se produce sobre la superficie de material
metálico. La dureza Mohs de la escoria de reducción es de 6.5, el de SiO2 es 7.0 y la del SiC es
de 9.0. En teoría debería ser más abrasivo el SiC. Sin embargo, se ha demostrado que el desgaste
erosivo es función de la velocidad de las partículas y de la masa que impacta (densidad), entre
otros factores, pero se debe principalmente al volumen de partículas que impactan. Al calcular la
velocidad (g/min) con la cual las partículas impactan la superficie, se determinó que la velocidad
es mayor para la arena, luego para las escorias y menor para el carburo de silicio. Estas
velocidades relativas podrían sustentar el hecho de que el carburo de silicio mostrara menor
erosión que los demás materiales. Otro factor que pudo influir en estos resultados es la forma en
que se fracturan las partículas. Quizás las partículas de escorias y sílice, se fracturen más
fácilmente. Así, al impactar a un ángulo de 90º, se fracturan y generan desgaste por impactos
consecutivos de los pedazos de las partículas fracturadas inicialmente. Esto produce una mayor
tasa de desgaste en las probetas; mientras que en el SiC a pesar de tener una alta dureza también
muestra una mayor resistencia al impacto. Por ende, no generan partículas que puedan cortar la
superficie metálica en impactos posteriores. (24,25,26)
5.1.4.4. Resistencia al desgaste por abrasión e impacto.
Mientras la abrasividad, analizada en la sección anterior, determina el desgaste que
producen las escorias en superficies, la resistencia al desgaste por abrasión e impacto, determina,
por el contrario, el desgaste que pueden sufrir las escorias por efectos de abrasión e impacto. Las
escorias de reducción presentan una resistencia al desgaste por abrasión e impacto promedio de
24.9 ± 3.4 %. La figura No. 5.21 muestra los resultados obtenidos para las diferentes muestras
ensayadas.
Un valor de 24.9 ± 3.4 % de desgaste, indica que las escorias de reducción
presentan una alta resistencia al desgaste por abrasión e impacto. Por lo general, se establece que
los materiales con menos de 35% de desgaste, son considerados materiales de alta resistencia,
entre 35% y 50%, son materiales con una resistencia moderada, y más de 50% de desgaste, se
consideran materiales con poca resistencia al desgaste, por lo que no se recomienda su uso, en
aplicaciones donde el material este sometido a condiciones de servicio de abrasión e impacto de
cargas continuas. (2)
Un factor que esta relacionado directamente con esta propiedad, es la dureza del
material. Mientras más duro es un material, teóricamente presenta una mayor resistencia al
desgaste por abrasión e impacto. En efecto, la escoria de reducción presenta una dureza en la
escala Mohs de 6.5 y una dureza Vickers de 866.9 ± 19.8 HV.
36.0
30.6
32.0
Desgaste (%)
28.0
24.0
22.5
25.0
23.9
22.3
20.0
16.0
12.0
8.0
4.0
0.0
ESCR-A-RDES
ESCR-B-RDES
ESCR-C-RDES
ESCR-D-RDES
ESCR-E-RDES
Muestra
FIGURA 5.21. Resistencia al desgaste por abrasión e impacto de escorias de reducción
5.2. Evaluación de usos potenciales de escorias de reducción.
La investigación para el aprovechamiento y usos potenciales de escorias, es aún
bastante reciente. La revisión bibliográfica realizada en este aspecto, pudo confirmar, que en
países europeos y Estados Unidos, se ha logrado con éxito el uso de escorias de alto horno y
acerías, como agregado en cementos y concretos, en sustitución de clinker, y como agregado en
capas de rodadura, bases y sub-bases de carreteras.
(2, 11, 33)
Aunque el fin principal de este
proyecto, era la caracterización de las escorias de reducción, se quiso por otro lado, sugerir
posibles usos de estas escorias, en base a los resultados obtenidos en la caracterización, y
mediante algunos trabajos de campos realizados.
5.2.1. Uso en cementos.
Las escorias son utilizadas en los cementos, sustituyendo parte del clinker por
escorias. De tal forma, y dependiendo del contenido de escoria en el cemento, se pueden producir
dos tipos de cementos: cemento Pórtland siderúrgico, el cual admite hasta 30% de escoria, y
cemento siderúrgico, el cual admite hasta 75% de escoria. La utilización de escorias en cementos,
ha sido muy aplicado en los países europeos, no solamente por las restricciones ambientales que
deben cumplir, sino por que los cementos con escorias, presentan mejores propiedades, por los
que se les denomina, cementos de alto rendimiento.
Existen una serie de requisitos mínimos que se deben satisfacer, para el
aprovechamiento de las escorias en cementos. A tal fin, vamos a dividir estos requerimientos en
tres tipos: técnicos, ambientales y financieros.
5.2.1.1. Requerimientos técnicos.
•
Las escorias deben ser enfriadas y granuladas rápidamente, con el fin de poseer un
estado hidráulico latente. Las escorias de reducción cumplen con este criterio. Sin
embargo, investigaciones más recientes han determinado que el tipo de enfriamiento
no es condición limitativa, si la escoria se va a emplear como materia prima en la
fabricación del cemento o si va ser empleada como sustitución de la caliza. (2)
•
Deben ser preferiblemente escorias básicas. Las escorias de reducción son escorias
ácidas.
•
La composición química ideal de escorias para su uso en cementos, debe ser la
siguiente: SiO2 (28-38%), Al2O3 (9-18%), FeO (0-2%), MnO (0-2%), CaO (35-48%),
MgO (2-10%), S (1-3%) y Na2O (0-2%). La composición química de las escorias de
reducción no cumplen estos requerimientos de composición. (34)
•
Existe una ambigüedad, en cuanto al tipo de estructura cristalina. Ciertas referencias
bibliografías señalan que las escorias deben poseer un mínimo de fase cristalina, es
decir deben estar en estado vítreo. En cambio, otras referencias indican que debe
poseer la mínima proporción de fase vítrea. Es importante resaltar, que el estado vítreo
o cristalino de las escorias, depende en gran medida del tipo de enfriamiento aplicado.
Si el enfriamiento no es una condición limitativa, como se señalo anteriormente,
tampoco lo es, el tipo de estructura cristalina. Por lo general, se emplean escorias en
estado vítreo, debido a que el enfriamiento aplicado es rápido. Sin embargo, el criterio
más moderno, señala que las escorias son materiales compuestos básicamente por
silicatos y aluminosilicatos, por lo que son materiales cristalinos. Las escorias de
reducción,
producidas
en
Loma
de
Níquel,
es
un
material
compuesto
mayoritariamente por silicatos y de poseer fase vítrea, esta sería en muy baja
proporción. (2)
•
Deben evaluarse por separado sus propiedades hidráulicas. Para lo cual es importante
hacer mezclas con clinker, cemento y yeso en laboratorio. Esta es la mejor forma de
evaluar las propiedades hidráulicas del material.
5.2.1.2. Requerimientos ambientales.
Aunque los requerimientos ambientales varían de acuerdo a la legislación de cada
país, existen criterios básicos presentes en dichas legislaciones:
•
Se deben realizar ensayos de lixiviados, y comparar con los valores máximos admisibles
de la legislación respectiva. Muy especialmente con elementos como el cromo. La escoria
de reducción tiene un contenido de Cr2O3 de 1.012%.
•
La cantidad de residuo insoluble no debe superar el 1.0% máximo. (2)
•
La cantidad de álcalis solubles en agua, no debe superar por lo general el 0.03%. (2)
•
La cantidad de anhidro sulfúrico SO3 y sulfuros, no debe ser generalmente, mayor a 4.0%
y 2.0% respectivamente. (2) La cantidad de sulfuros presentes en las escorias de reducción
esta en forma de trazas (0.014%).
5.2.1.3. Requerimientos financieros.
Las escorias son por lo general productos de desecho que se producen a gran
escala. De ser posible el uso de escorias de reducción, ya que cumple los requerimientos técnicos
y ambientales, es necesario realizar un estudio técnico-económico. En el presente proyecto, se
realizó un trabajo de campo en la empresa Holcim de Venezuela, S.A., antiguamente Cementos
Caribe, en su planta de Puerto Cumarebo, en el Estado Falcón. Esta empresa, es la única en
Venezuela, que produce un cemento Pórtland siderúrgico, sustituyendo entre un 20 – 30% del
clinker, por escoria básica granulada de alto horno, procedente de Europa. Este cemento posee el
nombre comercial de Cemento SuperCem o Cemento de Alto Desempeño. El objetivo de ese
trabajo de campo, fue observar y conocer el proceso de producción de este cemento, y obtener
información acerca de volúmenes de producción, demanda en el país, etc. De acuerdo a datos
suministrados por la empresa, la producción de este tipo cemento, no sobrepasa las 1000
toneladas mensuales, a pesar de que es un cemento con mejores propiedades. Esta baja demanda
obedece al desconocimiento de los clientes de este producto y de los beneficios del mismo, y a
que presenta un precio más elevado. Sin embargo, si esta empresa es la única en el país que
produce este tipo de cemento y en volúmenes bajos. La factibilidad del uso de las escorias de
reducción, desde el punto de vista de mercado, no es aconsejable. La producción de escorias de
reducción diaria es de 1000 toneladas aproximadamente. Otro aspecto limitativo, que la empresa
encontró en las escorias de reducción, fue el contenido de Cr2O3. Debido a su política ambiental,
ellos no usan escorias y materiales que presenten cromo en su composición. Por otro lado, las
escorias que dicha empresa emplea, es una escoria cuya composición química se encuentra dentro
de los rangos de composición química ideal señaladas anteriormente. La fuerte presencia de
MgO, de acuerdo a sus criterios, puede ser un factor limitativo, ya que la influencia del MgO en
los cementos tiende a ser perjudicial, debido a que afecta la estabilidad volumétrica del cemento.
Por último, otro factor limitativo, es la ausencia de medios de transporte económicos, para el
transporte de las escorias de reducción a cualquiera de sus plantas en el país. Las escorias en
general, son productos de desechos, y que requieren para su transporte, medios de gran
capacidad, y que sean por ende económicos. Las escorias que Holcim de Venezuela emplea, son
transportadas desde Europa principalmente, por vía marítima. La localización geográfica de
MLDN, limita el tipo de transporte, al transporte terrestre únicamente, por medio de camiones,
debido a la ausencia de ferrocarriles.
5.2.2. Uso en capas de rodadura, bases y sub-bases de carreteras.
La diferencia entre capas de rodadura, bases y sub-bases de carreteras, es
básicamente la posición (capas) dentro del pavimento, y el modo de conformado de las mismas.
Sin embargo, los criterios técnicos, ambientales y financieros, son iguales para todos.
5.2.2.1. Requerimientos técnicos.
•
Los agregados que se emplean en la formación de estas capas, deben presentar
básicamente una buena capacidad portante, es decir, una buena capacidad de
transmitir las cargas a las capas inferiores y una elevada resistencia a las
disgregaciones. Sin embargo, estas no fueron propiedades evaluadas a las escorias de
reducción, por que para ello, se deberían realizar aplicaciones directas del material.
•
Deben ser áridos sin materiales arcillosos (equivalentes de arena superior a 30% y sin
plasticidad). Las escorias de reducción no presentan materiales arcillosos y carece de
plasticidad.
•
Las partículas deben presentar un elevado número de caras de fracturas. Tal y como se
mostró en la morfología de las escorias de reducción, las partículas molidas presentan
múltiples caras de fracturas con bajos ángulos de clivaje.
•
Deben presentar elevada dureza. Las escorias de reducción presentan, en efecto, una
dureza elevada.
•
Los áridos deben presentar una resistencia al desgaste por abrasión e impacto inferior
al 35%. Las escorias de reducción presentan una resistencia al desgaste (coeficiente de
Los Ángeles) de 24.9 %.
•
El potencial de hinchamiento, o variación volumétrica por efecto de la absorción de
agua, determinada por la Norma ASTM D 4792, debe ser inferior al 0.5%. Esta
medición no se logró efectuar a las escorias de reducción. Sin embargo, cuando los
materiales presentan un hinchamiento superior al 0.5%, la solución es dejar en
envejecimiento al aire libre el material, para que los materiales susceptibles a la
hidratación se hidraten lo más posible. Se ha comprobado que después de este tiempo
de envejecimiento, el potencial de hinchamiento es menor a 0.5%.
(2)
Las escorias de
reducción, son almacenadas al aire libre, en el parque de escoria, y el almacenamiento
de las mismas se realiza desde hace 4 años. Por lo que este requerimiento debe estar
satisfecho.
•
Los contenidos de cadmio (Cd) y Selenio (Se), deben ser máximo de 0.6 mg/kg y 0.02
mg/kg, respectivamente. Esto debido a que tanto el cadmio como el selenio, son
causantes de la aparición de grietas en el pavimento.
(2)
Para determinar estos
contenidos, es necesario ensayos de lixiviados, los cuales no fueron practicados a las
escorias de reducción.
5.2.2.2. Requerimientos ambientales.
El criterio general para el uso de escorias en contacto con el suelo, debe suponer un
cambio en la composición del suelo, inferior al 1% en un período de 100 años. Si las escorias en
contacto con el suelo no suponen un aporte de contaminantes, tal que se produzca un cambio en
la composición del primer metro de un suelo de referencia superior a 1% en 100 años, se
considera que la utilización de escorias en contacto con el suelo supone un riesgo aceptable para
el medio ambiente. Por otro lado, si los resultados sobrepasan los valores límites, es preciso
establecer un estudio exhaustivo del cambio que provoca en la composición del suelo la
utilización de escorias, y del riesgo que dicho cambio supone para el medio ambiente. Se deben
realizar ensayos de lixiviados a las escorias de reducción, en especial para los siguientes
elementos críticos: Ba, Cd, Cr, Mo, Ni, Pb, Se, V, Zn, fluoruros, y sulfatos. (2)
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones.
•
La composición química de las escorias de reducción, expresada en forma de óxidos
elementales, está compuesta mayoritariamente por SiO2, MgO y FeO, los cuales
representan el 94.38 % de la composición química. Adicionalmente, están compuestas
en forma minoritaria por Al2O3, NiO, Cr2O3, MnO, CaO, CoO, Cu2O y de los
elementos carbono y azufre en forma de trazas.
•
Las escorias de reducción son escorias ácidas.
•
La densidad aparente de las escorias de reducción presenta un valor de 2.95 ± 0.05
g/cm3. En cambio, la densidad de empaque, presenta un valor de 1.59 ± 0.10 g/cm3. La
gravedad específica es de 2.96 ± 0.05.
•
Las escorias de reducción están compuestas mayoritariamente por partículas finas,
concentrándose el 91.45% de las partículas, en tamaños de partícula de 2.0 mm, 1.0
mm y 500 µm, con un tamaño medio de partícula de 1.16 mm.
•
El tamaño teórico máximo de partículas de escorias de reducción es de 4.398 mm y
presenta un contenido de partículas muy finas (ø ≤ 500 µm) de 21.44 ± 3.80 %.
•
La porosidad presente en las escorias de reducción ocupa aproximadamente 1/7 del
volumen contenido en 1 g del material, y se origina por la presencia de gases y agua,
durante el enfriamiento de las escorias.
•
La finura de Blaine para un porcentaje de retenido en tamiz No. 325 (45 µm) de
12.0%, es de 4145 ± 22 cm2/g, lo cual es superior a la finura de Blaine mínima
requerida para cementos Pórtland siderúrgicos e inferior al valor máximo de finura de
Blaine para cementos siderúrgicos.
•
A nivel mineralógico, las escorias de reducción se encuentran compuestas por dos
fases. Por forsterita (Mg,Fe)2SiO4, con cantidades variables de Mg y Fe en su
microestructura. Y por espinelas inversas del tipo CrFe2O4 y Fe3O4.
•
La fase clara presente en la microestructura del material, constituye una fase de
espinela, con oxígeno en posición cúbica, y con una composición química compuesta
mayoritariamente por hierro, silicio y cromo.
•
La fase gris oscura presente en la microestructura del material, constituye una fase de
forsterita, con oxígeno en posición hexagonal, y con una composición química
compuesta mayoritariamente por magnesio y silicio.
•
La fase nodular de tamaño grande presente en la microestructura del material,
representa una fase metálica, compuesta por proporciones altamente variables de Fe y
Ni.
•
La fase nodular de tamaño pequeño presente en la microestructura del material,
constituye una fase de cromita CrFe2O4.
•
Las propiedades mecánicas de las escorias de reducción están caracterizadas por
presentar una alta dureza (866.9 ± 19.8 kgf/mm2 para la fase clara mayoritaria), una
alta resistencia al desgaste por abrasión e impacto (24.9 ± 3.4%), una alta
molturabilidad (Índice de trabajo de Bond de 27.51 ± 0.45 kwh/ton corta), una
abrasividad superior a materiales abrasivos tales como SiC y SiO2, y fragilidad, propia
de materiales cerámicos o templados.
•
Las escorias de reducción, presentan propiedades mecánicas adecuadas, para el
aprovechamiento de las mismas en capas de rodadura, bases y sub-bases de
pavimentos, así como en la fabricación de materiales abrasivos.
•
El aprovechamiento de las escorias de reducción en cementos y concretos no es
posible, ya que no cumple con los requerimientos técnicos, ambientales y financieros.
6.2. Recomendaciones.
•
Es necesario realizar ensayos de lixiviados a las escorias de reducción por varias
razones: a) Descartar la presencia de cromo hexavalente, el cual es tóxico, y su
presencia podría acarrear problemas legales para la empresa, de no tomarse las
medidas adecuadas. b) Descartar la presencia de níquel metálico, el cual se encuentra
presente en una fase metálica identificada en los análisis. De ser positiva su presencia,
esto significaría pérdidas económicas para la empresa, las cuales deberían ser
evaluadas, a fin de descartar o considerar la recuperación de ferroníquel en la escoria
de reducción. c) Evaluar el contenido de elementos críticos para el uso de las escorias
de reducción, en cementos, capas de rodadura, bases y sub-bases de pavimentos.
•
Evaluar el uso de la escoria de reducción en capas de rodadura, bases y sub-bases de
pavimentos. Los resultados obtenidos, en especial, el de propiedades mecánicas,
indican la posibilidad con éxito de estas escorias en dicho uso. Se recomienda, en
relación a esto, determinar el potencial de hinchamiento de las escorias de reducción,
de acuerdo a la norma ASTM D 4792-88.
•
Evaluar las posibilidades de uso de las escorias de reducción, en la fabricación de
materiales abrasivos, debido a su alto índice de abrasión (material más abrasivo que el
carburo de silicio y la sílice artificial), y sus excelentes propiedades mecánicas en
general, tales como dureza y molturabilidad.
CÁPITULO VII
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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22. Norma ASTM E 384 – 89. Standard test method for microhardness of materials.
23. Bond, Fred C. Crushing and Grinding Calculations. Wisconsin. 2 de Enero de 1961.
p.p. 1 – 17.
24. Quercia, George. Evaluación del comportamiento tribológico de materiales cerámicos,
metálicos y compuestos. Informe de pasantía, Coordinación de ingeniería de
materiales. Universidad Simón Bolívar, 1999. p.p. 1-60.
25. Dallo, H; Conde, R. y Ortiz, H. Curso de tribología y desgaste. Universidad Nacional
de Mar de Plata, 1993. p.p. 1-50.
26. Levy, A. Erosión-Corrosión of Materials. Editorial ASM Internacional, Material Park,
OH. Primera edición, 1995. p.p. 1-24.
27. Norma ASTM C 704 – 88. Standard Test Method for Abrasion Resistance of
Refractory Materials at Room Temperature.
28. Norma ASTM C 131 – 89. Standard Test Method for Resistance to Degradation of
Small-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine.
29. Kingery, W.D., Bowen, H.K. y Uhlmann, D.R. Introduction to Ceramics. Segunda
edición. Editorial John Wiley & Sons, Inc. New York, 1976. p.p. 46-87. 301-317. 449498. 566-569.
30. Página web: www.escet.urjc.es/~sprashar/silicatos.pdf. Fecha de visita: Enero 2004.
31. Página web: www.pedrobueno.com/ppreciosas/piedras_pr...sas_olivino.htm. Fecha de
visita: Enero 2004.
32. Mónaco, S. y López, L. Geoquímica: nociones de termodinámica y cinética. Capítulo
4. Año 2002.
33. Guía técnica “Cementos a medida y últimos desarrollados en la tecnología del
hormigón” del Grupo Minetti.
Página web: http://www.grupominetti.com. Fecha de visita: Julio 2003.
34. Wolfgang, B., Dunham, A.C., y Amstutz, G. C. Process Minaralogy of Ceramic
Materials. Editorial Elsevier. New York, 1984. p.p. 66-78 91-95.
CAPÍTULO VIII
APÉNDICES
APÉNDICE I: Composición química de las escorias de reducción.
La tabla 8.1 y 8.2 muestran la composición química de las 36 muestras principales.
TABLA 8.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN (ELEMENTOS MAYORITARIOS)
Muestra
MgO (%)
Al2O3 (%)
SiO2 (%)
FeO (%)
NiO (%)
Total (%)
ESCR-001-EFRX
ESCR-002-EFRX
38.24
40.66
2.149
1.383
44.52
44.10
10.99
11.53
0.135
0.134
96.03
97.81
ESCR-003-EFRX
ESCR-004-EFRX
ESCR-005-EFRX
38.89
40.35
38.34
2.049
1.093
2.107
44.08
44.48
44.09
11.82
11.30
11.91
0.127
0.154
0.123
96.97
97.38
96.57
ESCR-006-EFRX
37.39
2.072
44.61
11.85
0.152
96.07
ESCR-007-EFRX
38.66
2.018
44.18
11.42
0.107
96.39
ESCR-008-EFRX
ESCR-009-EFRX
ESCR-010-EFRX
ESCR-011-EFRX
ESCR-012-EFRX
38.51
36.78
39.08
37.54
37.32
2.030
2.296
1.657
2.224
2.047
44.30
44.06
44.21
44.30
44.22
11.89
13.11
11.90
11.97
12.07
0.148
0.122
0.121
0.123
0.115
96.88
96.37
96.97
96.16
95.77
ESCR-013-EFRX
ESCR-014-EFRX
ESCR-015-EFRX
ESCR-016-EFRX
ESCR-017-EFRX
ESCR-018-EFRX
ESCR-019-EFRX
ESCR-020-EFRX
ESCR-021-EFRX
ESCR-022-EFRX
ESCR-023-EFRX
ESCR-024-EFRX
ESCR-025-EFRX
ESCR-026-EFRX
ESCR-027-EFRX
ESCR-028-EFRX
ESCR-029-EFRX
ESCR-030-EFRX
ESCR-031-EFRX
ESCR-032-EFRX
ESCR-033-EFRX
ESCR-034-EFRX
ESCR-035-EFRX
ESCR-036-EFRX
37.05
37.92
36.57
35.98
38.08
38.74
36.99
38.74
38.53
38.18
37.82
36.78
39.12
36.33
37.26
36.87
37.57
37.22
36.94
38.47
41.09
39.34
36.39
39.23
2.351
2.219
2.266
2.531
2.162
1.803
2.321
1.658
1.549
1.486
2.142
2.218
1.721
2.461
2.197
2.254
2.123
2.139
2.253
1.381
0.865
1.062
2.210
1.849
43.86
44.12
44.16
44.12
44.13
44.26
44.23
44.36
44.18
44.55
44.30
44.58
44.34
44.44
44.18
44.37
44.17
44.34
44.33
44.00
44.16
44.25
44.14
44.26
13.30
12.12
13.05
13.20
12.23
11.93
12.23
11.92
12.49
11.90
11.94
11.81
11.20
11.93
12.43
12.13
12.14
12.06
12.09
13.17
11.56
12.73
13.16
11.21
0.115
0.116
0.119
0.121
0.130
0.129
0.107
0.128
0.109
0.124
0.126
0.126
0.109
0.112
0.112
0.120
0.106
0.120
0.108
0.111
0.116
0.126
0.109
0.118
96.68
96.50
96.17
95.95
96.73
96.86
95.88
96.81
96.86
96.24
96.33
95.51
96.49
95.27
96.18
95.74
96.11
95.88
95.72
97.13
97.79
97.51
96.01
96.67
TABLA 8.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN (ELEMENTOS MINORITARIOS)
Cu2O (%)
Cr2O3 (%)
ESCR-001-EICP
Muestra
CaO (%)
0.073
MnO (%)
0.301
CoO (%)
0.019
0.003
0.890
Total (%)
1.286
ESCR-002-EICP
0.068
0.297
0.005
0.002
0.793
1.165
ESCR-003-EICP
ESCR-004-EICP
ESCR-005-EICP
0.069
0.067
0.068
0.327
0.309
0.351
0.002
0.006
0.004
0.001
0.002
0.002
0.861
0.827
0.900
1.260
1.211
1.325
ESCR-006-EICP
0.079
0.306
0.018
0.002
0.873
1.278
ESCR-007-EICP
0.080
0.312
0.002
0.002
0.962
1.358
ESCR-008-EICP
0.076
0.330
0.005
0.002
0.888
1.301
ESCR-009-EICP
ESCR-010-EICP
ESCR-011-EICP
ESCR-012-EICP
0.076
0.075
0.079
0.088
0.397
0.326
0.391
0.347
0.005
0.010
0.025
0.014
0.002
0.002
0.003
0.002
1.015
0.938
1.032
1.033
1.495
1.351
1.530
1.484
ESCR-013-EICP
ESCR-014-EICP
ESCR-015-EICP
ESCR-016-EICP
ESCR-017-EICP
ESCR-018-EICP
ESCR-019-EICP
ESCR-020-EICP
ESCR-021-EICP
ESCR-022-EICP
ESCR-023-EICP
ESCR-024-EICP
ESCR-025-EICP
ESCR-026-EICP
ESCR-027-EICP
ESCR-028-EICP
ESCR-029-EICP
ESCR-030-EICP
ESCR-031-EICP
ESCR-032-EICP
ESCR-033-EICP
ESCR-034-EICP
ESCR-035-EICP
ESCR-036-EICP
0.082
0.082
0.089
0.078
0.190
0.089
0.090
0.084
0.082
0.085
0.087
0.095
0.084
0.082
0.107
0.081
0.095
0.090
0.087
0.081
0.086
0.085
0.077
0.082
0.325
0.384
0.412
0.344
0.350
0.340
0.383
0.348
0.790
0.353
0.357
0.357
0.338
0.356
0.320
0.303
0.366
0.345
0.373
0.369
0.342
0.387
0.395
0.335
0.004
0.006
0.004
0.010
0.021
0.031
0.004
0.006
0.005
0.012
0.021
0.014
0.006
0.004
0.006
0.010
0.011
0.010
0.006
0.004
0.005
0.008
0.013
0.013
0.002
0.003
0.001
0.002
0.003
0.002
0.002
0.002
0.002
0.002
0.003
0.002
0.002
0.003
0.002
0.002
0.003
0.002
0.001
0.002
0.002
0.002
0.002
0.002
0.915
1.063
1.099
1.037
1.032
0.990
1.115
1.054
1.059
1.043
1.125
1.162
0.996
1.115
1.082
0.835
1.102
1.080
1.088
1.052
1.042
1.055
1.160
1.109
1.328
1.538
1.605
1.471
1.596
1.452
1.594
1.494
1.938
1.495
1.593
1.630
1.426
1.560
1.517
1.231
1.577
1.527
1.555
1.508
1.477
1.537
1.647
1.541
La composición química presentada en la tabla 8.1, fue determinada por EDS. En
cambio, la composición química que se muestra en la tabla 8.2, fue determinada por ICP. Los
resultados presentados en la sección 5.1.1.1, corresponden a los valores promedios de estos
resultados.
APÉNDICE II: Variación de la composición química de escorias de reducción
La tabla 8.3, muestra las variaciones, expresadas en forma nominal y porcentual,
de cada muestra y para cada componente.
TABLA 8.3. VARIABILIDAD DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
ESCR-001-EFRX
ESCR-002-EFRX
ESCR-003-EFRX
ESCR-004-EFRX
ESCR-005-EFRX
ESCR-006-EFRX
ESCR-007-EFRX
ESCR-008-EFRX
ESCR-009-EFRX
ESCR-010-EFRX
ESCR-011-EFRX
ESCR-012-EFRX
ESCR-013-EFRX
ESCR-014-EFRX
ESCR-015-EFRX
ESCR-016-EFRX
ESCR-017-EFRX
ESCR-018-EFRX
ESCR-019-EFRX
ESCR-020-EFRX
ESCR-021-EFRX
ESCR-022-EFRX
ESCR-023-EFRX
ESCR-024-EFRX
ESCR-025-EFRX
ESCR-026-EFRX
ESCR-027-EFRX
ESCR-028-EFRX
ESCR-029-EFRX
ESCR-030-EFRX
ESCR-031-EFRX
ESCR-032-EFRX
ESCR-033-EFRX
ESCR-034-EFRX
ESCR-035-EFRX
ESCR-036-EFRX
MgO
|VAR|
|%|
0.21
2.63
0.86
2.32
0.31
0.64
0.63
0.48
1.25
1.05
0.49
0.71
0.98
0.11
1.46
2.05
0.05
0.71
1.04
0.71
0.50
0.15
0.21
1.25
1.09
1.70
0.77
1.16
0.46
0.81
1.09
0.44
3.06
1.31
1.64
1.20
0.6
6.9
2.3
6.1
0.8
1.7
1.7
1.3
3.3
2.8
1.3
1.9
2.6
0.3
3.8
5.4
0.1
1.9
2.7
1.9
1.3
0.4
0.5
3.3
2.9
4.5
2.0
3.0
1.2
2.1
2.9
1.2
8.1
3.5
4.3
3.2
Al2O3
|VAR|
|%|
0.19
0.57
0.09
0.86
0.15
0.12
0.06
0.08
0.34
0.30
0.27
0.09
0.40
0.26
0.31
0.58
0.21
0.15
0.37
0.30
0.41
0.47
0.19
0.26
0.23
0.51
0.24
0.30
0.17
0.18
0.30
0.57
1.09
0.89
0.26
0.11
10.0
29.2
4.9
44.1
7.8
6.0
3.3
3.9
17.5
15.2
13.8
4.8
20.3
13.6
16.0
29.5
10.6
7.7
18.8
15.2
20.7
24.0
9.6
13.5
11.9
25.9
12.4
15.3
8.6
9.5
15.3
29.3
55.7
45.7
13.1
5.4
SiO2
|VAR|
|%|
0.27
0.15
0.17
0.23
0.16
0.36
0.07
0.05
0.19
0.04
0.05
0.03
0.39
0.13
0.09
0.13
0.12
0.01
0.02
0.11
0.07
0.30
0.05
0.33
0.09
0.19
0.07
0.12
0.08
0.09
0.08
0.25
0.09
0.00
0.11
0.01
0.6
0.3
0.4
0.5
0.4
0.8
0.2
0.1
0.4
0.1
0.1
0.1
0.9
0.3
0.2
0.3
0.3
0.0
0.0
0.2
0.2
0.7
0.1
0.7
0.2
0.4
0.2
0.3
0.2
0.2
0.2
0.6
0.2
0.0
0.2
0.0
FeO
|VAR|
|%|
1.11
0.57
0.28
0.80
0.19
0.25
0.68
0.21
1.01
0.20
0.13
0.03
1.20
0.02
0.95
1.10
0.13
0.17
0.13
0.18
0.39
0.20
0.16
0.29
0.90
0.17
0.33
0.03
0.04
0.04
0.01
1.07
0.54
0.63
1.06
0.89
9.2
4.7
2.3
6.6
1.6
2.1
5.6
1.8
8.3
1.7
1.1
0.3
9.9
0.1
7.8
9.1
1.1
1.4
1.1
1.5
3.2
1.7
1.3
2.4
7.5
1.4
2.7
0.2
0.3
0.4
0.1
8.8
4.5
5.2
8.7
7.4
NiO
|VAR|
|%|
0.01
0.01
0.01
0.03
0.00
0.03
0.01
0.03
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.01
0.00
0.00
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.01
0.00
0.02
0.00
0.01
0.01
0.01
0.00
0.01
0.00
11.0
10.2
4.4
26.6
1.1
25.0
12.0
21.7
0.3
0.5
1.1
5.4
5.4
4.6
2.1
0.5
6.9
6.1
12.0
5.3
10.4
2.0
3.6
3.6
10.4
7.9
7.9
1.3
12.8
1.3
11.2
8.7
4.6
3.6
10.4
3.0
SiO2/MgO
|VAR|
|%|
0.00
0.08
0.03
0.06
0.01
0.03
0.02
0.01
0.03
0.03
0.02
0.02
0.02
0.00
0.04
0.06
0.01
0.02
0.03
0.02
0.02
0.00
0.01
0.05
0.03
0.06
0.02
0.04
0.01
0.03
0.04
0.02
0.09
0.04
0.05
0.04
0.0
6.9
2.7
5.4
1.3
2.4
1.9
1.2
2.8
2.9
1.3
1.7
1.6
0.1
3.7
5.3
0.5
1.9
2.7
1.7
1.6
0.2
0.6
4.1
2.7
5.0
1.8
3.3
0.9
2.3
3.0
1.8
7.7
3.4
4.1
3.1
APÉNDICE III: Contenido de carbono y azufre en escorias de reducción.
La tabla 8.4 muestra el contenido de carbono y azufre, expresado en porcentaje y
en ppm, de las 36 muestras principales de escorias de reducción. Los resultados presentados en la
sección 5.1.1.2, corresponden a los valores promedios de estos resultados.
TABLA 8.4. CONTENIDO DE CARBONO Y AZUFRE DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Azufre (S)
(en %)
Carbono (C)
(en ppm)
(en %)
(en ppm)
ESCR-001-LECO
ESCR-002-LECO
0.02200
0.02300
220.0
230.0
0.01800
0.01500
180.0
150.0
ESCR-003-LECO
ESCR-004-LECO
ESCR-005-LECO
ESCR-006-LECO
ESCR-007-LECO
ESCR-008-LECO
ESCR-009-LECO
ESCR-010-LECO
ESCR-011-LECO
ESCR-012-LECO
0.00018
0.00017
0.00015
0.00001
0.00305
0.00932
0.00036
0.00008
0.00033
0.00001
1.8
1.7
1.5
0.1
30.5
93.2
3.6
0.8
3.3
0.1
0.01100
0.01300
0.01400
0.01300
0.01200
0.01100
0.01800
0.01900
0.01400
0.01300
110.0
130.0
140.0
130.0
120.0
110.0
180.0
190.0
140.0
130.0
ESCR-013-LECO
ESCR-014-LECO
ESCR-015-LECO
ESCR-016-LECO
ESCR-017-LECO
ESCR-018-LECO
ESCR-019-LECO
ESCR-020-LECO
ESCR-021-LECO
ESCR-022-LECO
ESCR-023-LECO
ESCR-024-LECO
ESCR-025-LECO
ESCR-026-LECO
ESCR-027-LECO
ESCR-028-LECO
ESCR-029-LECO
ESCR-030-LECO
ESCR-031-LECO
ESCR-032-LECO
ESCR-033-LECO
ESCR-034-LECO
ESCR-035-LECO
ESCR-036-LECO
0.00031
0.00014
0.02100
0.02100
0.02000
0.01900
0.01900
0.02000
0.02200
0.02000
0.02000
0.02000
0.02000
0.02000
0.02100
0.02100
0.02000
0.02300
0.02100
0.02200
0.02000
0.02200
0.02200
0.01900
3.1
1.4
210.0
210.0
200.0
190.0
190.0
200.0
220.0
200.0
200.0
200.0
200.0
200.0
210.0
210.0
200.0
230.0
210.0
220.0
200.0
220.0
220.0
190.0
0.00937
0.01900
0.01900
0.01400
0.01500
0.01500
0.02000
0.02000
0.02000
0.02200
0.02200
0.02000
0.01700
0.01800
0.01400
0.01600
0.01700
0.01400
0.01400
0.01700
0.02300
0.01700
0.02100
0.01800
93.7
190.0
190.0
140.0
150.0
150.0
200.0
200.0
200.0
220.0
220.0
200.0
170.0
180.0
140.0
160.0
170.0
140.0
140.0
170.0
230.0
170.0
210.0
180.0
APÉNDICE IV: Humedad de lote presente en escorias de reducción.
La tabla 8.5 muestra el contenido de humedad presente en las 36 muestras
principales de escorias de reducción.
TABLA 8.5. CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOTE PRESENTE EN ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Peso húmedo
(g)
Peso seco
(g)
Porcentaje de
humedad
ESCR-001-HUMD
ESCR-002-HUMD
ESCR-003-HUMD
ESCR-004-HUMD
ESCR-005-HUMD
ESCR-006-HUMD
ESCR-007-HUMD
ESCR-008-HUMD
ESCR-009-HUMD
ESCR-010-HUMD
6500
6500
6500
6780
6660
6730
12490
6630
6760
6780
6290
6160
6270
6510
6445
6455
12000
6470
6550
6460
3.23
5.23
3.54
3.98
3.23
4.09
3.92
2.41
3.11
4.72
ESCR-011-HUMD
ESCR-012-HUMD
ESCR-013-HUMD
ESCR-014-HUMD
ESCR-015-HUMD
ESCR-016-HUMD
ESCR-017-HUMD
ESCR-018-HUMD
ESCR-019-HUMD
ESCR-020-HUMD
ESCR-021-HUMD
ESCR-022-HUMD
ESCR-023-HUMD
ESCR-024-HUMD
ESCR-025-HUMD
ESCR-026-HUMD
ESCR-027-HUMD
ESCR-028-HUMD
ESCR-029-HUMD
ESCR-030-HUMD
ESCR-031-HUMD
ESCR-032-HUMD
ESCR-033-HUMD
ESCR-034-HUMD
ESCR-035-HUMD
7270
8290
6760
7040
6210
7070
7120
7120
7200
7120
7440
8550
8680
8660
12250
11110
11080
11180
11130
10960
11130
12570
11660
12450
12200
7030
8075
6500
6760
5980
6820
6830
6830
6910
6875
7020
8140
8360
8370
11800
10860
10660
10830
10820
10560
10555
12210
10960
11820
11740
3.30
2.59
3.85
3.98
3.70
3.54
4.07
4.07
4.03
3.44
5.65
4.80
3.69
3.35
3.67
2.25
3.79
3.13
2.79
3.65
5.17
2.86
6.00
5.06
3.77
ESCR-036-HUMD
12410
11760
5.24
APÉNDICE V: Densidad aparente y de empaque de escorias de reducción.
La tabla 8.6 y tabla 8.7, muestran la densidad aparente y densidad de empaque,
respectivamente, de las 36 muestras principales de escorias de reducción.
TABLA 8.6. DENSIDAD APARENTE DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
49.4302
49.2747
49.2930
48.2350
48.7395
48.5197
50.0994
49.0332
50.2578
Temp
No. 1
A/Des
(° C)
24
24
24
24
24
24
24
24
24
Temp
No. 2
A/Des
(° C)
23
23
23
23
23
23
23
23
23
Densidad
No. 1
A/Dest.
3
(g/cm )
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
Densidad
No. 2
A/Dest.
3
(g/cm )
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
51.2469
51.5999
52.0021
49.9920
50.5063
51.0985
50.8307
49.6489
51.1555
51.4475
50.2947
51.6543
52.8522
51.3661
52.7092
50.1466
51.0471
50.0828
50.7210
49.8884
50.1209
50.2625
51.4343
50.4874
51.9123
50.2120
52.6609
24
24
24
25
25
25
25
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
24
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9970770
0.9970770
0.9970770
0.9970770
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9973286
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
0.9975702
Muestra
Masa
No. 1
(g)
Masa
No. 2
(g)
Masa
No. 3
(g)
Masa
No. 4
(g)
ESCR-001-DENS
ESCR-002-DENS
ESCR-003-DENS
ESCR-004-DENS
ESCR-005-DENS
ESCR-006-DENS
ESCR-007-DENS
ESCR-008-DENS
ESCR-009-DENS
19.0502
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
44.2865
43.9633
44.2865
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
26.8538
27.0804
26.3879
25.4395
26.1392
25.8732
28.0493
26.6129
28.4833
ESCR-010-DENS
ESCR-011-DENS
ESCR-012-DENS
ESCR-013-DENS
ESCR-014-DENS
ESCR-015-DENS
ESCR-016-DENS
ESCR-017-DENS
ESCR-018-DENS
ESCR-019-DENS
ESCR-020-DENS
ESCR-021-DENS
ESCR-022-DENS
ESCR-023-DENS
ESCR-024-DENS
ESCR-025-DENS
ESCR-026-DENS
ESCR-027-DENS
ESCR-028-DENS
ESCR-029-DENS
ESCR-030-DENS
ESCR-031-DENS
ESCR-032-DENS
ESCR-033-DENS
ESCR-034-DENS
ESCR-035-DENS
ESCR-036-DENS
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
18.5743
19.0084
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
43.8063
43.9633
29.9957
30.2687
31.0666
27.8569
28.8588
29.5017
29.2992
27.4621
29.9019
30.0654
28.5694
30.4262
32.3636
29.9346
32.2132
28.1030
29.7940
28.0430
29.1144
27.7369
28.3415
28.3153
30.2117
28.6415
30.8909
28.1483
32.1153
Densidad
aparente
escoria
3
(g/cm )
2.92
2.91
2.77
2.96
2.86
2.96
2.96
2.99
2.85
2.95
2.99
2.99
2.98
2.96
2.99
2.99
2.91
2.93
2.97
2.95
2.95
2.98
2.98
2.95
2.98
2.90
2.95
3.01
2.96
2.93
2.95
2.99
2.96
3.01
3.01
2.96
TABLA 8.7. DENSIDAD DE EMPAQUE DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Masa de
muestra
(g)
ESCR-001-DENS
ESCR-002-DENS
ESCR-003-DENS
ESCR-004-DENS
ESCR-005-DENS
ESCR-006-DENS
ESCR-007-DENS
ESCR-008-DENS
ESCR-009-DENS
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
Volumen
de
escoria
desplazado
3
(cm )
66
62
64
58
56
62
63
54
62
ESCR-010-DENS
ESCR-011-DENS
ESCR-012-DENS
ESCR-013-DENS
ESCR-014-DENS
ESCR-015-DENS
ESCR-016-DENS
ESCR-017-DENS
ESCR-018-DENS
ESCR-019-DENS
ESCR-020-DENS
ESCR-021-DENS
ESCR-022-DENS
ESCR-023-DENS
ESCR-024-DENS
ESCR-025-DENS
ESCR-026-DENS
ESCR-027-DENS
ESCR-028-DENS
ESCR-029-DENS
ESCR-030-DENS
ESCR-031-DENS
ESCR-032-DENS
ESCR-033-DENS
ESCR-034-DENS
ESCR-035-DENS
ESCR-036-DENS
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
58
59
59
69
66
63
63
62
62
65
66
62
62
68
69
61
66
65
62
70
68
64
62
64
60
66
69
Densidad
empaque
(g/cm3)
1.52
1.61
1.56
1.72
1.79
1.61
1.59
1.85
1.61
1.72
1.69
1.69
1.45
1.52
1.59
1.59
1.61
1.61
1.54
1.52
1.61
1.61
1.47
1.45
1.64
1.52
1.54
1.61
1.43
1.47
1.56
1.61
1.56
1.67
1.52
1.45
Los valores promedios reportados en la sección 5.1.2.1, fueron determinados a
partir de las tablas 8.6 y 8.7.
APÉNDICE VI: Granulometría de escorias de reducción.
La distribución promedio de tamaño de partícula, expresada en las figuras 5.2 y
5.3, de la sección 5.1.2.2, se encuentra indicada en la tabla 8.8.
TABLA 8.8. DISTRIBUCIÓN PROMEDIO DE TAMAÑO DE PARTÍCULA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Malla
Abertura
malla
(mm)
Peso
retenido
(%)
Fracción de
escoria
retenida
(1/100)
Peso
acumulado
retenido
(%)
Peso
acumulado
pasante
(%)
1 in.
1/2 in.
1/4 in.
5
10
18
35
60
< 60
25000
12500
6300
4000
2000
1000
500
250
< 250
0.40 ± 0.28
0.55 ± 0.26
0.33 ± 0.12
1.79 ± 0.58
31.10 ± 3.93
44.38 ± 2.23
15.97 ± 2.77
4.23 ± 2.18
1.25 ± 0.58
0.0040
0.0055
0.0033
0.0179
0.3110
0.4438
0.1597
0.0423
0.0125
0.40 ± 0.28
0.95 ± 0.48
1.28 ± 0.56
3.07 ± 1.00
34.17 ± 4.45
78.56 ± 3.80
94.52 ± 1.17
98.75 ± 0.25
100.0 ± 0.0
99.60 ± 0.28
99.05 ± 0.48
98.72 ± 0.56
96.63 ± 1.00
65.83 ± 4.45
21.44 ± 3.80
5.48 ± 1.17
1.25 ± 0.25
0.00 ± 0.00
El equipo empleado en el análisis granulométrico, se muestra en la figura 8.1.
FIGURA 8.1. Equipos empleados en el análisis granulométrico. Arriba: Tamizador automático marca Wilson,
modelo TS-1. Izquierda: Tamices de 25.0 mm a 1.00 mm empleados en la primera etapa de tamizado. Derecha:
Tamices de 500 µm y 250 µm, empleados en la segunda etapa de tamizado.
Los tamaños de partículas, de las escorias de reducción, retenidas en los diferentes
tamices empleados en el análisis granulométrico, se pueden apreciar en la figura 8.2.
FIGURA 8.2. Tamaños de partículas de las escorias de reducción.
APÉNDICE VII: Finura de Blaine de escorias de reducción.
Las tablas 8.9 y 8.10, muestran los resultados obtenidos en los análisis de retenidos
en tamiz No.325 y finura de Blaine, de las escorias de reducción. A partir de dichas mediciones,
se trazó la curva mostrada en la figura 5.7, en la sección 5.1.2.4. Esta curva, solamente tiene
validez, para porcentajes de retenidos en tamiz No. 325, en el rango de 8.0 a 23.0%.
FIGURA 8.9. PORCENTAJES DE RETENIDOS EN TAMIZ No. 325 PARA ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Tiempo de
molienda
(hh:mm:ss:cc)
ESCR-A-FNRA
3h 50´13´´16
ESCR-B-FNRA
3h 06´00´´15
ESCR-C-FNRA-01
Peso
retenido en
tamiz
No. 325
(g)
Porcentaje
en peso
retenido en
tamiz
No. 325
(%)
Factor de
corrección
F
Porcentaje
en peso
retenido en
tamiz
No. 325
(%)
0.70
0.79
0.77
7.00
7.90
7.70
1.0636
1.0636
1.0636
7.45
8.40
8.19
1.26
12.60
1.0636
13.40
1.28
1.28
12.80
12.80
1.0636
1.0636
13.61
13.61
3h 30´06´´12
1.53
1.53
1.55
15.30
15.30
15.50
1.0636
1.0636
1.0636
16.27
16.27
16.49
ESCR-C-FNRA-02
3h 42´25´´41
1.04
1.03
1.02
10.40
10.30
10.20
1.0636
1.0636
1.0636
11.06
10.96
10.85
ESCR-D-FNRA
3h 30´21´´37
1.25
1.31
1.31
12.50
13.10
13.10
1.0636
1.0636
1.0636
13.30
13.93
13.93
ESCR-E-FNRA
3h 00´00´´00
2.15
2.16
2.18
21.50
21.60
21.80
1.0636
1.0636
1.0636
22.87
22.97
23.19
Ejemplo de cálculo de porcentaje de retenidos en tamiz No. 325:
% Retenido = Peso Retenido x 10 x F
Ecuación (8.1)
Muestra ESCR-A-FNRA:
% Retenido = 0.70 x 10 x (1.0636) = 7.45 %
Promedio Muestra ESCR-A-FNRA = (7.45+8.40+8.19)/3 = 8.01 %
FIGURA 8.10. FINURA DE BLAINE DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Tiempo de
molienda
(hh:mm:ss:cc)
Tiempo de
permeabilidad
de Blaine
(s)
Raíz
cuadrada de
tiempo de
permeabilidad
de Blaine
0.50
(s )
Factor de
calibración
del aparato
de Blaine
K
ESCR-A-FNRA
3h 50´13´´16
143.8
145.2
145.0
11.9917
12.0499
12.0416
389.69
389.69
389.69
4673.03
4695.72
4692.49
ESCR-B-FNRA
3h 06´00´´15
105.4
10.2665
389.69
4000.73
104.5
105.4
10.2225
10.2665
389.69
389.69
3983.62
4000.73
ESCR-C-FNRA-01
3h 30´06´´12
94.4
94.9
94.8
9.7160
9.7417
9.7365
389.69
389.69
389.69
3786.21
3796.23
3794.23
ESCR-C-FNRA-02
3h 42´25´´41
109.5
109.6
108.6
10.4642
10.4690
10.4211
389.69
389.69
389.69
4077.80
4079.67
4061.01
ESCR-D-FNRA
3h 30´21´´37
105.2
105.1
104.7
10.2567
10.2518
10.2323
389.69
389.69
389.69
3996.94
3995.04
3987.43
ESCR-E-FNRA
3h 00´00´´00
72.3
72.0
73.9
8.5029
8.4853
8.5965
389.69
389.69
389.69
3313.51
3306.63
3349.97
Finura de
Blaine
2
(cm /g)
Ejemplo de cálculo de finura de Blaine:
Blaine = t K
Muestra ESCR-A-FNRA:
Blaine = 143.8x (389.69) = 4673.03 cm2/g
Promedio muestra ESCR-A-FNRA:
⎛ 4673.03 + 4695.72 + 4692.49 ⎞
2
Pr omedio = ⎜
⎟ = 4687.08 cm /g
3
⎝
⎠
Ecuación (8.2)
APÉNDICE VIII: Difracción de rayos x de escorias de reducción
FIGURA 8.3. Ficha JCPDS No. 34-0189 del compuesto silicato de magnesio (Mg2SiO4)
APÉNDICE IX: Dureza de Vickers (HV) de escorias de reducción
La tabla 8.11, presenta los resultados obtenidos de la medición de la microdureza
de Vickers (HV), de las escorias de reducción.
TABLA 8.11. MICRODUREZA DE VICKERS (HV) DE LAS ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
Fase
Carga de
Aplicación
Diagonal
1
(mm)
Diagonal
2
(mm)
(g)
Promedio
Diagonal
Dureza
de
Vickers
Dureza
de
Vickers
(mm)
HV
HV
(g/μm2)
(Kg/mm2)
Fase Clara
ESCR-A-MDRZ
ESCR-A-MDRZ
ESCR-A-MDRZ
Clara
Clara
Clara
200
200
200
20.4
20.2
19.9
20.8
20.6
20.3
20.6
20.4
20.5
4.370
4.456
4.413
874.0
891.2
882.6
ESCR-B-MDRZ
Clara
200
19.2
20.4
20.8
4.286
857.2
ESCR-B-MDRZ
ESCR-B-MDRZ
Clara
Clara
200
200
19.1
19.2
20.3
20.8
20.4
20.4
4.456
4.456
891.2
891.2
ESCR-C-MDRZ
ESCR-C-MDRZ
Clara
Clara
200
200
20.4
21.1
20.8
21.5
20.6
21.3
4.370
4.087
874.0
817.4
ESCR-C-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
Clara
Clara
Clara
Clara
Clara
Clara
Clara
200
200
200
200
200
200
200
20.9
20.1
20.8
20.6
20.4
20.9
20.3
20.6
20.8
20.4
21.0
20.5
20.5
20.5
20.8
20.5
20.6
20.8
20.5
20.7
20.4
4.286
4.413
4.370
4.286
4.413
4.328
4.456
857.2
882.6
874.0
857.2
882.6
865.6
891.2
ESCR-A-MDRZ
ESCR-A-MDRZ
ESCR-A-MDRZ
Oscura
Oscura
Oscura
200
200
200
25.1
25.3
24.8
25.4
25.6
25.7
25.3
25.5
25.3
2.897
2.852
2.897
579.4
570.4
579.4
ESCR-B-MDRZ
ESCR-B-MDRZ
ESCR-B-MDRZ
Oscura
Oscura
Oscura
200
200
200
24.9
26.2
26.8
24.5
25.7
26.4
24.7
26.0
26.6
3.039
2.743
2.621
607.8
548.6
524.2
ESCR-C-MDRZ
ESCR-C-MDRZ
ESCR-C-MDRZ
Oscura
Oscura
Oscura
200
200
200
25.3
25.7
24.8
25.5
25.9
24.9
25.4
25.8
24.9
2.874
2.786
2.991
574.8
557.2
598.2
ESCR-D-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
ESCR-D-MDRZ
Oscura
Oscura
Oscura
200
200
200
25.1
26.3
25.6
25.9
26.0
26.0
25.5
26.2
25.8
2.852
2.701
2.786
570.4
540.2
557.2
ESCR-E-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
ESCR-E-MDRZ
Oscura
Oscura
Oscura
200
200
200
23.9
24.9
26.2
23.7
25.8
25.8
23.8
25.4
26.0
3.274
2.786
2.786
654.8
557.2
557.2
Fase Oscura
APÉNDICE X: Molturabilidad de escorias de reducción.
Las tablas 8.12, 8.13 y 8.14, presentan los parámetros para la determinación del
índice de trabajo de Bond y la energía consumida en la molienda, de las escorias de reducción;
así como, los resultados obtenidos en cada muestra ensayada.
TABLA 8.12. ÍNDICE DE TRABAJO DE BOND DE LAS ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
dT
(micrones)
F
(micrones)
P
(micrones)
GR
(g/rev)
Wi
(Kwh/ton corta)
Wi
(Kwh/ton métrica)
250.0
250.0
250.0
250.0
250.0
1185
1150
1180
1100
1105
205
200
205
210
210
1.180
1.189
1.225
1.225
1.289
27.63
27.20
27.02
28.33
27.39
30.45
29.98
29.78
31.22
30.19
ESCR-A-BOND
ESCR-B-BOND
ESCR-C-BOND
ESCR-D-BOND
ESCR-E-BOND
TABLA 8.13. ENERGÍA CONSUMIDA EN LA MOLIENDA DE ESCORIAS DE REDUCCIÓN
Muestra
F
(µm)
P
(µm)
EF1
Factor
1
EF2
Factor
2
EF3
Factor
3
EF4
Factor
4
ESCR-A-BOND
Índice de
trabajo
Wi
(kwh/ton
C)
27.63
1185
205
1.300
1.516
0.000
1.029
ESCR-B-BOND
27.20
1150
200
1.300
1.516
0.000
1.030
ESCR-C-BOND
27.02
1180
205
1.300
1.516
0.000
ESCR-D-BOND
28.33
1100
210
1.300
1.516
ESCR-E-BOND
27.39
1105
210
1.300
1.516
EF5
Factor
5
EFT
Total
Energía
consumida
Kwh/tonC
Energía
consumida
Kwh/tonM
0.8266
4.672
52.65
53.71
0.8266
4.672
52.39
53.44
1.030
0.8266
4.672
51.42
52.45
0.000
1.033
0.8266
4.676
51.46
52.49
0.000
1.033
0.8266
4.676
49.85
50.85
Factores de Corrección
TABLA 8.14. FACTORES DE CORRECCIÓN DE LA ENERGÍA CONSUMIDA EN LA MOLIENDA
Muestra
ESCR-A-BOND
ESCR-B-BOND
ESCR-C-BOND
ESCR-D-BOND
ESCR-E-BOND
Diámetro
molino
(m)
0.305
0.305
0.305
0.305
0.305
Rr
(Adi)
5.8
5.8
5.8
5.2
5.3
Fo
(mm)
2743.8
2765.2
2774.4
2709.8
2755.6
P/F
(Adi)
0.17
0.17
0.17
0.19
0.19
Hc
(m)
0.102
0.102
0.102
0.102
0.102
%R
(Adi)
70.86
70.86
70.86
70.86
70.86