Utilización de Escorias de Fundición para la Producción de Compuestos de Hierro

• Main Author: Sepúlveda Estay, Consuelo Alejandra
• Other Authors: Casas de Prada, Jesús
• Language: es
• Published: Universidad de Chile 2012
• Subjects: Ingeniería; Síntesis; Compuestos; Hierro; Metodologías; Escorias; Fundición; Cobre
• Online Access: http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/104445

Las escorias de fundición constituyen uno de los principales desechos sólidos en las plantas de la industria del cobre, lo cual aumenta día a día. En Chile por cada tonelada de cobre producido se generan alrededor 2,2 ton de escoria, y a nivel nacional se producen aproximadamente 4,5 millones de toneladas por año de escoria, existiendo a la fecha una acumulación de decenas de millones de toneladas. Esta escoria se acumula en canchas colindantes a cada planta industrial, constituyéndose escoriales catalogados como pasivos ambientales, los cuales son potencialmente contaminantes si no son bien manejados. Esto genera la necesidad de poder encontrar usos alternativos a las escoria, de modo de reutilizar y dar un valor agregado a lo que se genera como subproducto de las fundiciones de cobre. Se trabajó con una muestra de escoria procedente de un horno de limpieza cuyo análisis principal indicó que contiene: 46,1% Fe, 27,3 %Si, entre otros elementos. El hierro está presente como 14,31% Fe3O4 (magnetita), 27,3% SiO2 (sílice), entre otros. El gran contenido de hierro observado en la muestra de escoria analizada y su potencial recuperación motiva el tema de este trabajo, fijándose como objetivo principal la producción de compuestos de hierro a través de la lixiviación-cristalización ácida de sulfato de hierro y lixiviación-precipitación alcalina de oxi-hidróxido de hierro. Para ello se llevó a cabo el diseño conceptual de ambos procesos industriales y la determinación de los principales parámetros a través de la realización de pruebas metalúrgicas a escala de laboratorio y temperatura ambiente. Los principales resultados de este estudio fueron los siguientes: Primero se realizó la etapa de lixiviación de la escoria en una mini-columna utilizando una solución acuosa de ácido sulfúrico, en dos condiciones 0,1 y 1 M, por un período de 9 días, para posteriormente sintetizar cada compuesto de hierro definido. El consumo de ácido en la etapa de lixiviación fue de 5,4kg/ton y 11 kg/ton de escoria, para las condiciones lixiviantes de 0,1 y 1 M de H2SO4. El hierro se disolvió principalmente como sulfato ferroso. A través de la cristalización se produjo 1,68 kg Fe/m3 de solución tratada. El sólido sintetizado correspondió a una mezcla de sulfatos de hierro, constituyendo un producto grado técnico con pureza estimada en 81%. El análisis de este producto fue 21,1% Fe, 17,37% S, 1,13% Si, entre otros elementos menores. La humedad de este producto fue 10%. Los compuestos principales identificados mediante DRX en este producto fueron distintos tipos de sulfatos hidratados, principalmente melanterita (FeSO4·7H2O) y szomohokita (FeSO4·H2O). La precipitación de compuestos de Fe produjo 0,92 kg Fe/m3 de solución tratada. El sólido sintetizado correspondió a una mezcla de oxi-hidróxidos de hierro, constituyendo un producto grado técnico. Mediante análisis químico se obtuvo que el producto tenía 19,4% Fe, 3,7% S, 5% Si, entre otros elementos menores. La humedad de este producto fue 93%. El sólido final correspondió a una mezcla de varios compuestos, donde el principal identificado mediante DRX fue la natrojarosita (NaFe3(SO4)2(OH)6). A través de un diseño conceptual de plantas a nivel industrial para la producción de cada uno de los compuestos finales se obtuvo que, para producir 1 t/d de sulfatos de hierro se requieren 600 m3/día de PLS, y trabajar un cristalizador de 45 m3. Por otro lado para producir 1 t/d de hidróxidos de hierro al día es necesario tratar 1200 m3/día de PLS, y trabajar con precipitadores de 68 m3. Ambos procesos estudiados resultaron ser técnicamente factibles, y se recomienda realizar estudios a mayor escala para evaluar su factibilidad.