SIDERURGIA: Proceso de reducción directa con Reuctor Sólido

REDUCCION DIRECTA DEL ACERO


El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados.
El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pelets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de acero.
La metalización que se logra es del orden del 90-95%.




Reduccion Directa con Reductor Solido


Características más importantes para la aplicabilidad
del Carbono en reducción directa:

• Fusibilidad de las cenizas
  Limita la T° a alcanzarse en el proceso pues puede mantenerse esta
  a unos 100°C por debajo del punto de fusión de las cenizas para
  evitar los encostramientos.


• Reactividad
  El tamaño del horno y la economía de la planta depende de la
  reactividad del carbón pues la concentración suficiente del CO que domina la
  reducción esta en función de la velocidad que reacciona el C y CO2
  para generar agua. C+CO2à2CO.


• Contenido de Azufre
  Es importante si las cenizas del Carbón son ácidas, es decir, si no puede
  retenerlo como en las cenizas básicas. Es recomendable menor al 1%


• Materiales volátiles
  La reactividad del carbón suele ser equivalente al contenido de
  material volátil sin embargo si es muy alto el contenido de estas
  ultimas puede superar la cantidad utilizable dentro del horno.


• Composición de cenizas
  Si la composición de cenizas es tal que da lugar a la formación de
  compuestos de bajo del punto de fusión se presenta una
  desfavorable limitación en la T° y da lugar a la formación de
  compuestos de baja composición.


• Contenido de las cenizas
  Una cantidad grande de las cenizas que propicia la formación de
  anillos en el horno rotativo, el contenido de cenizas en el carbón debe
  estar por debajo del 20%.

PROCESO FASTMET®

Proceso de reducción directa de mineral de hierro a pelets metálicos de hierro que puedan alimentar a un horno eléctrico con una cantidad equivalente de chatarra.
Se ha diseñado este proceso a fin de evitar la ruta horno de coque – alto horno para producir metal caliente a partir de mineral de hierro. Además, es uno de los varios métodos que las acerias podrían utilizar para reducir su dependencia de alimentación de chatarra de alta calidad.

Se ha demostrado que el proceso FASTMET logra una alta metalización y una alta recuperación de Zinc en polvo que recicla el proceso a través del laboratorio pruebas y pruebas en KAKOGAWA, planta de FASTMET comercial.
El proceso FASTMET convierte los desechos de acero, con o sin la suma de finos férricos, en la metalización del hierro en un horno de hogar rotatorio (RHF) se usa el carbono como el reductor. El producto puede ser DRI frío, DRI caliente o HBI; dependiendo de los requisitos de uso.

La mayoría de las siderurgias están buscando maneras apropiadas de reciclar los polvos de laminación, polvos del Horno de desechos, horno básico de oxigeno, horno de arco eléctrico, sinters, balanza del molino, etc.

Hay dos aspectos en el reciclando de polvo de acero :

• Reciclar los recursos valiosos, materiales férricos para la fabricación de acero y el óxido de Zinc crudo a la recuperación de metales no férreos.


• Reducir la polución medioambiental, del punto de vista económico y medioambiental, el proceso de FASTMET es muy atractivo como una tecnología limpia.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El proceso FASTMET convierte los pelets de oxido ferrico y/o los desechos de acero de fundición, en hierro metálico, cuando el carbón pulverizado u otro material de carbón se usa como reductor.
En funcionamientos dónde el alimento primario es la mena virgen, los reductores se concentran, son peletizados y secados antes de enviarlos al horno rotatorio RHF. Aquí los materiales se llevan al horno en una sola capa.

En casos en que los desechos de la fundición de acero son los materiales del alimento primarios, los desechos pueden ser los briqueteados, que proporciona más flexibilidad al utilizarlos, reduce la necesidad de moler los materiales del alimento y elimina la necesidad de secar las bolas verdes.

Como el hogar rueda, los materiales del alimento se calientan de 1250 - 1400 °C, y el óxido férrico se reduce al hierro metálico por acción del CO.
Tiempo de la residencia en el hogar es de 6 - 12 min., dependiendo del material a procesarse, el tamaño del alimento, y otros factores. Durante este tiempo, se metaliza de 85% – 95%.
La rápida reducción lograda en el Proceso FASTMET se atribuye a la alta temperatura de la reducción, la alta Tº de transferencia, y el contacto íntimo de carbono con el óxido férrico en el alimento.
El gas que deja el horno rotatorio es totalmente el combustible y parcialmente enfriado en el acondicionador de gas, donde se usa la energía termal para precalentar el aire de la combustión para los quemadores del mismo horno. El gas se purifica en un limpiador de SO2, determinada por las regulaciones medioambientales.

La metalización del DRI puede ajustarse, el carbono en los materiales del alimento también pueden ajustarse para obtener el volumen del carbono necesario, la química del producto variará, dependiendo de la química de la mena, los reductores, y aglomerantes usados.

Reacción global de reducción en el proceso FASMET

Reduccion del gas:
CO2 + C → 2 CO
Reduccion del Fe:
Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2
Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

BENEFICIOS FASTMET®

• Reducción total del costó de eliminación de desechos y obligación del basural.


• Las pérdidas cambiaron a una fuente de hierro de calidad (DRI). Para ser reciclado en hierro o proceso de fabricación de acero.


• El grado de Metalización:
  Hierro: 85-92%
  Níquel: 95-100%


• La recuperación de Zinc al 95% o superior, contenido en las basuras. Para ser vendido a un productor de Zinc.


• El contenido de carbono en los polvos se usará como el reductor. El carbono suficiente en el DRI puede ajustarse según el requisito de cliente
  

PROBLEMAS ASOCIADOS AL PROCESO

Muchas fundiciones de acero que opera hoy se preocupan por el
manejo de basuras. Estas preocupaciones componen anualmente, y la
necesidad de la industria siderurgica es más proactivo hacia encontrar
las soluciones.
Algunos de estos problemas son:

• Eliminación de basuras


• Recuperación de valiosas unidades férricas


• Control de costos de material crudo


• Conservación de capital


• Problemas medioambientales
  

*Metalurgia Peru

Metalurgia física: Materiales inteligentes con memoria de forma

SMART MATERIALS

En términos generales, un tipo de materiales, una nueva generación de materiales derivadas de la nanotecnología, cuyas propiedades pueden ser controladas y cambiadas a petición.
Es una de las principales líneas de investigación de la nanociencia con aplicaciones a muchas industrias. Por ejemplo: fibras inteligentes para la ropa (Smart Fibres, Fabrics and Clothing). Sistemas inteligentes para diversas aplicaciones (Smart Systems: Microphones, Fish Farming)

Los materiales inteligentes tienen la capacidad de cambiar su color, forma, o propiedades electrónicas en respuesta a cambios o alteraciones del medio o pruebas (luz, sonido, temperatura, voltaje). Estos materiales podrían tener atributos muy potentes como la autoreparación.

Relacionados con esto están los súper materiales (super materials) con extraordinarias propiedades. La capacidad de crear componentes con precisión atómica puede llevar a estructuras moleculares con interesantes características tales como una alta conductividad eléctrica o potencia.

¿Qué es un material inteligente? ¿Qué lo hace más inteligente que un material "tonto" pasivo?

"Adaptronics" es una palabra también utilizada comúnmente para materiales inteligentes. Los materiales inteligentes son una nueva clase de materiales que tienen tanto la capacidad de sentir y de responder a estímulos ambientales con control activo de su respuesta. La integración de materiales activos en materiales compuestos estructurales, algoritmos de control y tecnología de procesamiento de señales son las tecnologías que lo permiten.

Tales "materiales inteligentes" ofrecen muchas nuevas y mejoradas capacidades particularmente en rendimiento, durabilidad y confiabilidad.
Los materiales inteligentes proveerán a los diseñadores e ingenieros con significativas capacidades nuevas para controlar forma geométrica, movimiento del material, flujo aerodinámico e hidrodinámico, disminución de vibración, y otras capacidades que pueden decirse son atributos de un sistema material/estructural.

Aplicaciones potenciales incluyen:
Herramientas - aumentar la precisión y aumentar la productividad al controlar ruido.
Robótica flexible - permite movimiento más rápido con mayor precisión.
Foto-litografía - permite fabricar circuitos micro-electrónicos más pequeños al controlar la vibración en el proceso de impresión de circuitos por foto-litografía.
Biomecánica y Biomédica - músculos artificiales, sistemas de entrega de medicinas y otras tecnologías de asistencia.

Hoy en día, gracias a la popularidad que ha ido adquiriendo a lo largo de estos últimos años, el término “inteligente” se ha adoptado como un modo válido de calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en presencia de un estímulo concreto.

No existe un consenso a la hora de aplicar este término a un material o estructura, pero si existe un acuerdo en cuanto a ciertos criterios o rasgos comunes que deben presentar los llamados materiales o estructuras inteligentes:
• Estos materiales, de manera intrínseca o embebida, presentan sensores de reconocimiento y medida de la intensidad del estímulo ante el que reaccionará el material.
• A su vez presentan “actuadores”, embebidos o intrínsecos, que responden ante dicho estímulo.
• Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta.
• El tiempo de respuesta es corto.
• El sistema regresa a su estado original tan pronto como el estímulo cesa.

Si se tienen en cuenta estos puntos genéricos, se podría adoptar como definición de sistema inteligente la siguiente: “Sistema o material que presenta sensores, ’actuadores’ y mecanismos de control, intrínsecos o embebidos, por los cuales es capaz de sentir un estímulo, de responder ante él de una forma predeterminada en un tiempo apropiado y de volver a su estado original tan pronto como el estímulo cesa”.

En el área de los materiales inteligentes se plantea el diseño y desarrollo de materiales funcionales cuya capacidad reside en la captación de las variaciones del entorno y responder a las mismas mediante la emisión de una energía que puede ser procesada.
En su concepto más teórico el material inteligente sería aquel que incorpora una actuación o respuesta adecuada de tipo “reflexivo” al estímulo del entorno que lo provoca.

ALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA

La primera vez que uno escucha que un pedazo de material ha "aprendido" algo, no puede menos que prepararse a escuchar algún cuento tradicional o de ciencia ficción en el que los objetos inanimados se mueven por sí solos, hablan y aprenden. La disposición a escuchar la fantasía se incrementa cuando se nos afirma que, una vez que el material ha aprendido algo, es capaz de recordarlo. Sin embargo, nuestra curiosidad por dicha narración se convierte en curiosidad científica cuando podemos presenciar el experimento siguiente: Una cinta de material similar al latón, en forma de semicírculo, se aproxima a una flama. Pronto empieza a enderezarse hasta tomar la forma de una regla, es decir, ahora está recta. A continuación se le sumerge en un vaso que contiene agua y súbitamente se curva para tomar su forma inicial de semicírculo. El experimento se repite una y otra vez, y la cinta invariablemente "recuerda" que cuando está en presencia de una flama (60°C) debe estar recta, y que cuando está expuesta al ambiente (20°C) debe tomar la forma de semicírculo.

Si ahora se nos preguntase el nombre que le asignaríamos a tan sorprendente fenómeno, estoy seguro que el más apropiado sería: "memoria de forma doble", pues el material guarda memoria de las formas que debe adoptar cuando se encuentre a dos temperaturas bien determinadas. ¿Qué es lo que provoca que el material se comporte de esta manera?
Microscópicamente, el llamado efecto memoria de forma consiste en el desplazamiento de los átomos en ciertas aleaciones cuando éstas se enfrían bruscamente. Técnicamente se trata de un cambio de fase denominado transformación martensítica, de la cual ya se habló en este libro al tratar el "misterio" de los aceros de Damasco.

Cuando hablamos sobre ellos, mencionamos como responsable de su dureza a un proceso de transformación de una fase estable a alta temperatura (austenítica) a otra fase, generalmente metaestable, llamada martensítica, que ocurre como consecuencia del enfriamiento brusco.

Esta transformación tiene la particularidad de llevarse a efecto sin difusión, es decir, sin migración de moléculas. Lo que ocurre es simplemente un desplazamiento de átomos en forma organizada, de modo que la estructura cristalina se modifica.

Desde hace 40 años los metalurgistas conocían materiales que poseían ese don de regresar a una forma previamente impuesta. No obstante, el estudio y la búsqueda de aplicaciones de estos metales con memoria sólo se intensificaron cuando Guillermo Buehler descubrió una aleación llamada NITINOL en un laboratorio de investigaciones militares de los Estados Unidos, el cual consiste en una aleación de Níquel y Titanio. A temperaturas bajas puede ser deformado fácilmente. Pero al tomar alta temperatura (por medio de un calentador externo o por circulación de una corriente eléctrica) el metal cambia a una forma mas dura, ejerciendo una fuerza estable.

Estos materiales generalmente se los encuentra en forma de alambres (Alambres Musculares) en un amplio rango de diámetros. Los alambres pueden ser fácilmente entrenados y darle forma de resortes, bobinas, etc.

Una vez entrenado, este puede ser enfriado, deformándose y recobrar la forma inicial al ser calentado. Los resortes pueden ser encontrados en una amplia gama de tamaños, estos pueden ser contraídos o expandidos cuando se enfrían (temperatura ambiente), volviendo a su forma original al calentarse.Hoy se están viendo ya muchas aplicaciones pacíficas de los metales con memoria: motores, seguros contra calentamientos filtros intravenosos para coágulos, articulaciones óseas artificiales, ortodoncia y un sinnúmero más. A quien piense en una pieza que pueda tomar cualquiera de dos formas enteramente distintas, dependiendo sólo de un cambio en la temperatura de unos cuantos grados, en un momento se le ocurrirán decenas de aplicaciones.

*Metalurgia Peru

Biominería, una alternativa de extracción de metales que no daña el medio ambiente

Gracias a la utilización de bacterias que actúan en la degradación de metales, un científico del Conicet plantea un nuevo método para la explotación minera que ayuda a evitar el impacto de la contaminación. Tecnología y conciencia ecológica para el futuro.

Esencial dentro del desarrollo energético de un país, la minería es también una de las actividades industriales que mayor incidencia provoca sobre el medio ambiente y la calidad de vida de las personas que habitan en las zonas aledañas a una explotación. Con el fin de mitigar este impacto, un especialista del Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales ( Cindefi ), perteneciente al Conicet , aboga por la puesta en marcha de un nuevo modelo de gestión: la biominería. Si bien algunas actividades mineras no pueden ser fácilmente reemplazables, para el investigador Edgardo Donati, esta alternativa cada vez puede ser más tomada en cuenta. La idea es utilizar microorganismos en los diferentes aspectos de la explotación de los minerales. El proceso de tratamiento de los metales abarca desde la concentración de las especies de interés (a través de la bioflotación), pasando por la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental.

Este avance tecnológico y ecológico propuesto por Donati viene a acompañar la creciente resistencia popular a la instalación de minas contaminantes, como fue el caso de los habitantes de Esquel en contra de una explotación de oro cerca de la ciudad. Del otro lado, las empresas solían argumentar que estudios de riesgo ambiental y la aplicación de métodos preventivos o remediadores de las emisiones, desechos y residuos, solían encarecer sustancialmente las operaciones, hasta hacerlas inviables en muchos casos. La idea de este científico argentino puede convertirse en un aporte clave para el futuro de la actividad. "Es aquí donde el control del Estado y de la sociedad bien informada resulta indispensable", aseguró el doctor en ciencias químicas, al tiempo que aseguró que "el compromiso de los sectores científicos y tecnológicos debería traducirse en el desarrollo de tecnologías más limpias o procesos de tratamiento de emisiones y residuos más confiables y baratos".

¿Qué es la biominería? El término se empezó a usar, según dio cuenta el especialista, en torno de uno de los metales cuyo uso intensivo por la humanidad lleva más de 4000 años: el cobre, que tiene múltiples aplicaciones, como la de ser conductor eléctrico. Este metal, debido a su uso intensivo durante tantos años, pocas veces se encuentra en la naturaleza bajo forma metálica; en general se lo localiza como parte de diferentes minerales, como aquellos a los cuales está asociado el azufre (sulfuros). La explotación clásica de este tipo de minerales se realiza a través de la pirometalurgia donde el mineral es tostado a altas temperaturas y posteriormente reducido al metal. Esta metodología no sólo es inviable económicamente para minerales con bajo contenido en metal, sino que es altamente contaminante, ya que libera enormes cantidades de dióxido de azufre, que es uno de los gases involucrados en la llamada "lluvia ácida".

El uso de metodologías que funcionen a bajas temperaturas y con soluciones acuosas capaces de extraer el metal de los minerales -lixiviar- es claramente preferible desde el punto de vista de su rentabilidad y de su impacto ambiental. No obstante, hace algo más de medio siglo se descubrió que la hidrometalurgia (como es llamado este último proceso) debería llamarse en realidad biohidrometalurgia.

En los primeros tiempos, una bacteria aeróbica llamada Acidithiobacillus ferrooxidans fue identificada como la responsable de la actividad lixiviante. El mecanismo de acción bacteriana consiste básicamente en transformar sulfuros, que no se solubilizan en medios acuosos, en sulfatos que se disuelven fácilmente en soluciones acuosas. La capacidad de aquella bacteria para crecer en presencia de ácidos y de altísimas concentraciones de metales, sumado a que no necesita fuentes orgánicas para procurarse carbono y que crece a temperaturas moderadas, la hace ideal para los procesos de recuperación de metales a partir de minerales. Con el advenimiento de las nuevas técnicas de la biología molecular, se ha comprobado que existen varias decenas de otras bacterias y de arqueas asociadas al proceso en el cual interviene el Acidithiobacillus ferrooxidans.

Por este proceso, también es posible recuperar otros metales como cobalto, níquel, cinc, entre muchos otros. La aplicación comercial de esta metodología -biolixiviación- suele hacerse regando "pilas" (acumulaciones de mineral previamente triturado) con soluciones de ácido sulfúrico; las bacterias existentes en los minerales liberan al metal del mineral que finalmente es recuperado a partir de las soluciones que emergen de la parte inferior de la pila. El cobre es el metal que se recupera en mayor medida por esta metodología. Chile, que comparte la cordillera y sus recursos mineros con nuestro país, es el mayor exportador mundial de cobre y obtiene aproximadamente el 30 por ciento por biolixiviación. De todos modos, la más importante aplicación comercial de la biominería es la biooxidación.

Este proceso es aplicable a minerales refractarios de oro en los cuales éste se encuentra incluido dentro de una matriz mineral de sulfuros, lo cual dificulta su posterior recuperación. La acción de las bacterias elimina esta matriz liberando al oro y haciendo así más eficaz su recuperación y con una marcada disminución del gasto en cianuro que, en caso contrario, es consumido por hierro y cobre que suelen estar presentes en la matriz de sulfuros.

"La biooxidación se realiza frecuentemente en grandes tanques agitados a los cuales se agregan los microorganismos, las soluciones acuosas, con un mínimo de sales requeridas por los microorganismos, y el mineral. Posteriormente, el mineral es expuesto a cianuraciones para lixiviar el oro", explicó Donati.

Los procesos biológicos que en conjunto se denominan biorremediación, son de variada naturaleza; los más relevantes son la bioprecipitación -formación de compuestos no solubles entre metales y metabolitos generados por ciertos microorganismos- y biosorción -retención de los metales a diferentes partes de los microorganismos a través de diferentes fenómenos. Obviamente, también pueden utilizarse para el tratamiento de contaminaciones con metales generados en otros procesos industriales. Donati concluye observando que, en forma simultánea o independiente a la biorremediación, es posible utilizar plantas para la estabilización o la extracción de metales desde suelos contaminados, tecnología conocida como fitorremediación.

*Metalurgia Peru