Efecto de los patrones de temperatura en la formación de pepitas de hierro en el procesamiento sin fundente de titanomagnetita

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 8941 (2022) Citar este artículo

1167 Accesos

2 citas

Detalles de métricas

La tecnología utilizada para procesar titanomagnetita se limita actualmente al horno eléctrico rotatorio. Se están desarrollando otras técnicas, incluida la separación del hierro en forma de pepita de hierro a partir de la reducción de titanomagnetita con carbón sin adición de fundente. Se estudió el efecto de diferentes patrones de temperatura en la formación de pepitas de hierro a partir de titanomagnetita. La temperatura inicial se varió de 700 a 1380 °C, mientras que la temperatura final se mantuvo constante en 1380 °C. Los resultados del experimento mostraron que la temperatura inicial influyó en la formación de pepitas de hierro. Las temperaturas iniciales de 700 a 1100 °C produjeron muchas pepitas de hierro de hasta 3 mm de tamaño y una temperatura inicial de 1200 °C produjo una pepita con un tamaño de aproximadamente 4 mm. Las temperaturas iniciales de 1300 y 1380 °C no produjeron pepitas de hierro debido a la formación de una costra metálica de hierro en la superficie de las briquetas reducidas. La temperatura inicial óptima fue de 1000 °C para lograr una alta recuperación de hierro en las pepitas.

La titanomagnetita (TTM) es una de las materias primas para producir hierro, titania y vanadio. Indonesia es uno de los países que posee recursos de titanomagnetita, principalmente de la arena de hierro de la playa, por un monto de 941 millones de toneladas. La tecnología utilizada para procesar TTM se limita actualmente al horno eléctrico rotatorio1,2. Es necesario agregar piedra caliza para ajustar la composición química de la escoria para la etapa de fundición en el horno eléctrico, lo que impacta negativamente el contenido de titania en la escoria. Se sugirió la fundición sin fundente de TTM en el horno eléctrico para aumentar el contenido de titania en la escoria3.

Además, se puede utilizar un alto horno, pero el TTM debe mezclarse con mineral de hierro ordinario, donde la cantidad máxima de TTM es aproximadamente el 65 % en la mezcla4,5. Debido a la temperatura de funcionamiento más baja del alto horno que del horno eléctrico, es necesario agregar más fundentes que puedan diluir el contenido de titania en la escoria. Además, otros problemas son la formación de TiC y TiN, debido a que la atmósfera en el alto horno es muy reductora, y el uso de aire caliente en las toberas como fuente de nitrógeno. El TiC y el TiN hacen que la escoria se vuelva viscosa, lo que provoca que mucho metal quede atrapado y entre en la escoria6.

Alternativamente, muchos estudios se han centrado en la reducción directa en estado sólido de TTM mediante materiales carbonosos en los que el hierro puede separarse de otros óxidos utilizando separadores magnéticos7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. ,18,19,20,21,22,23. El carbón como agente reductor había mostrado un mejor rendimiento que el coque, el grafito o el biocarbón21. La adición de carbón se puede realizar simultáneamente mezclándolo con TTM o sumergiendo pellets o briquetas en el lecho de carbón. La temperatura óptima para la reducción de TTM fue 1200 °C17,21. También se investigó la adición de sulfato de sodio, carbonato de sodio y fluorito de calcio como aditivos para promover la migración, acumulación y crecimiento del hierro en partículas más grandes10,13,16,18,23. Hu et al.8 observaron la formación de pepitas con un tiempo de tratamiento de 440 min y temperaturas de hasta 1350 °C, pero en los experimentos que utilizaron un horno de solera rotatoria a escala de laboratorio a una temperatura de 900-1350 °C que se dividió en tres zonas, no se reportó formación de pepitas12. Matsumura et al.24 investigaron la formación de pepitas de hierro a partir de mineral de hierro primario, concretamente hematita, en 1996, lo que más tarde se convirtió en la base para el desarrollo de la tecnología ITMk3 por parte de Kobe Steel25,26,27.

En trabajos anteriores, introdujimos que las pepitas de hierro se formaban mediante la reducción de gránulos compuestos de TTM/carbón usando un patrón de gradiente de temperatura isotérmica donde la temperatura inicial era de 1000 °C y aumentaba hasta una temperatura final de 1380 °C con una velocidad de calentamiento de 6,33 °C/min28. Además, también se investigó el efecto del espesor de las briquetas en la recuperación de hierro29. Además, la temperatura inicial puede influir en la recuperación del hierro en las pepitas. Por lo tanto, en este artículo, informamos el efecto de diferentes patrones de temperatura en la formación de pepitas de hierro y la recuperación de hierro en pepitas al variar la temperatura inicial.

El concentrado de titanomagnetita (TTM) se obtuvo de una de las plantas de extracción y beneficio situadas en Sukabumi, Java Occidental, Indonesia. Para eliminar el contenido de humedad, el TTM se secó durante 24 h en una estufa a 130 °C. El TTM tiene un tamaño de grano inferior a 0,212 mm (−65#), como se indica en la Tabla 1. Los principales minerales en el TTM, según lo determinado por difracción de rayos X (DRX), fueron titanomagnetita (Fe2,75Ti0,25O4). con trazas de ilmenita (FeTiO3). La composición química de TTM se proporciona en la Tabla 2, donde el contenido de hierro y titanio fue 55,35% y 6,70%, respectivamente. Se preparó carbón como reductor para obtener un tamaño de grano inferior a 35# (-0,425 mm) utilizando una trituradora de rodillos y un molino de bolas. El carbón se secó durante 24 h en una estufa a 130 °C para eliminar su contenido de humedad. Las tablas 3 y 4 enumeran los análisis inmediatos y finales del carbón.

Una mezcla de TTM con 20% en peso de carbón, donde se usó el peso de TTM como base, se formó en briquetas cilíndricas con la ayuda de una prensa hidráulica. Según los experimentos preliminares, las pepitas de metal se formaban si se añadía carbón a la mezcla en un rango del 20 al 30%28. Cuatro gramos de la mezcla produjeron una briqueta con un espesor de aproximadamente 9 mm y un diámetro de 15 mm. Se preparó una capa de carbón en el fondo de un crisol de alúmina de 20 ml equipado con una tapa antes de cargar una briqueta en el crisol. Se añadió más carbón al crisol después de cargar la briqueta para apoyar la reducción y mantener el entorno reductor. Para ello se añadieron en total 5 g de carbón.

Para los experimentos se utilizó un horno de mufla sin control de la atmósfera. El patrón de temperatura del horno siguió un perfil de gradiente de temperatura isotérmico. Se prepararon y redujeron tres briquetas en crisoles separados para cada parámetro experimental para obtener resultados confiables. Después del experimento, los crisoles se retiraron del horno de mufla y se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Luego se pesaron y documentaron las briquetas reducidas. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDS) para examinar las briquetas reducidas. La separación de las pepitas de hierro y la escoria en las briquetas reducidas se realizó manualmente mediante clasificación manual con la ayuda de unas pinzas. Se pesaron las pepitas y la escoria y se midió el tamaño de las pepitas con un calibre. La bisección de las pepitas se examinó mediante microscopía óptica y SEM-EDS. La escoria fue analizada por XRD.

Como se informó anteriormente, las pepitas de hierro se formaron reduciendo gránulos compuestos de TTM/carbón bajo un perfil de gradiente de temperatura isotérmica donde la temperatura inicial fue de 1000 °C y la temperatura final fue de 1380 °C28. Se eligió una temperatura inicial de 1000 °C basándose en los resultados de experimentos previos sobre la reducción de titanomagnetita por carbón que mostraron que el hierro metálico se formaba a temperaturas superiores a 900 °C22. Las diferentes temperaturas iniciales pueden influir en la formación de pepitas. Por lo tanto, se varió la temperatura inicial, como se muestra en la Fig. 1. El patrón A se inició ajustando la temperatura del horno a 700 °C y se mantuvo durante 40 minutos a 700 °C, luego la temperatura del horno se aumentó a 1380 °C en 68 min con una velocidad de calentamiento de 10 °C/min y finalmente se mantuvo a 1380 °C durante 22 min. El tiempo total de tratamiento fue de 130 min. El mismo procedimiento se llevó a cabo en los otros patrones de temperatura hasta el patrón H donde la temperatura fue constante de principio a fin a 1380 °C. A título informativo, la temperatura prevista y ajustada en los experimentos fue la temperatura del horno, no la temperatura en la superficie de la briqueta con carbón en el crisol de alúmina.

Patrones de temperatura.

La Figura 2 muestra el aspecto físico de las briquetas reducidas. El patrón de temperatura A a E formó pepitas de hierro en grandes cantidades pero con tamaños similares y más pequeños. El patrón de temperatura F produjo menos pepitas, pero son de mayor tamaño. No se formaron pepitas en briquetas reducidas usando los patrones de temperatura G y H. A partir de la observación de esta apariencia física, se puede concluir que la temperatura inicial de la reducción de briquetas compuestas de carbón/TTM bajo un perfil de gradiente de temperatura isotérmica jugó un papel muy importante. en la formación de pepitas de hierro en la superficie de briquetas reducidas.

Briquetas reducidas como resultado de diferentes patrones de temperatura.

Las briquetas reducidas se trituraron usando un mortero y las pepitas de hierro se separaron de la escoria como se muestra en la Fig. 3. Los resultados de la medición del tamaño de las pepitas se muestran en la Fig. 4a en función del patrón de temperatura de dos briquetas reducidas. para cada parámetro experimental. Los patrones de temperatura G y H no se representaron en el gráfico porque no se veían pepitas en la superficie de las briquetas reducidas. El número de pepitas también se muestra en la Fig. 4a. Puede verse que el tamaño máximo de pepita de aproximadamente 4 mm se puede lograr utilizando el patrón de temperatura F. Además, también se ve que sólo se produjo una pepita grande utilizando el patrón de temperatura F. En los patrones de temperatura A a D, el tamaño promedio de las pepitas fue de aproximadamente 1 mm con un tamaño máximo que oscilaba entre 2,2 y 2,7 mm. Se separaron aproximadamente 90 pepitas de cada briqueta reducida usando patrones de temperatura A a D. Estas pepitas miden más de 0,3 mm. En la escoria quedaron pepitas de menos de 0,3 mm que pueden recuperarse utilizando, por ejemplo, un separador magnético. El patrón de temperatura E mostró un tamaño máximo de pepita de 3 mm con un tamaño promedio de 1,3 mm. El tamaño de las pepitas del patrón E estaba entre los tamaños de las pepitas producidas a partir de los patrones de temperatura D y F. El número de pepitas de una briqueta reducida usando el patrón de temperatura E fue 44. Se muestran detalles de la distribución del tamaño de las pepitas resultantes de cada patrón de temperatura. en la figura 4b.

Separación de briqueta reducida (a) en escoria (b) y pepitas de hierro (c).

Tamaño y distribución de pepitas de hierro para diferentes patrones de temperatura.

El peso de las briquetas, la escoria y las pepitas de hierro reducidas se muestra en la Fig. 5a. Con base en estos datos, se calculó la recuperación de hierro en las pepitas; los resultados se muestran en la Fig. 5b. Se puede observar que la recuperación de hierro en las pepitas aumentó desde el patrón de temperatura A con una temperatura inicial de 700 °C y logró una recuperación óptima de hierro en el patrón de temperatura D con una temperatura inicial de 1000 °C. Posteriormente, la recuperación de hierro disminuyó como se muestra en los patrones de temperatura E y F con temperaturas iniciales de 1100 °C y 1200 °C, respectivamente.

Peso de pepita de hierro, escoria y recuperación de hierro para diferentes patrones de temperatura (promedio de tres briquetas reducidas).

Como se informó anteriormente22 para la reducción en estado sólido de TTM en condiciones isotérmicas, a 700 u 800 °C, una cierta cantidad de magnetita en titanomagnetita se redujo a wustita pero no se formó hierro metálico. Aunque no se formó hierro metálico a 700 u 800 °C en las primeras etapas iniciales de los patrones de temperatura A y B, se produjo una mayor reducción de los óxidos de hierro en las briquetas en la segunda etapa, donde el calentamiento se llevó a cabo desde 700 u 800 °C. a 1380 °C, lo que da como resultado pepitas de hierro, como se muestra claramente en la superficie de las briquetas reducidas en las figuras 2a,b. La recuperación de hierro en las pepitas para los patrones de temperatura A y B fue similar, aproximadamente 43% (Fig. 5b).

A medida que la temperatura inicial aumentó a 900 °C, se formó hierro metálico con un grado de metalización de aproximadamente el 13%22 alcanzable durante el primer paso isotérmico con una duración de 40 min. Por lo tanto, la recuperación de hierro en pepitas aumentó del 43% (patrón de temperatura B) al 50% (patrón de temperatura C). A 1000 °C, el grado de metalización aumentó a aproximadamente el 30 %22 durante la etapa isotérmica, de modo que la recuperación aumentó al 53 % para las pepitas resultantes del patrón de temperatura D. El patrón de temperatura D con una temperatura inicial de 1000 °C parece ser el patrón de temperatura óptimo para lograr una alta recuperación de hierro en forma de pepitas.

Un mayor aumento de la temperatura inicial tendió a reducir la recuperación de hierro en las pepitas, así como la formación de pepitas. A una temperatura inicial de 1100 °C, el grado de metalización aumentó a aproximadamente el 50%22 en el primer paso isotérmico durante 40 minutos, pero la recuperación de hierro en las pepitas disminuyó. Esto puede deberse a la formación de grandes cantidades de hierro metálico en la superficie de la briqueta en la primera etapa de isotérmica, lo que puede inhibir la migración del metal desde el centro a la superficie exterior de la briqueta. Los resultados del estudio anterior28,29 indicaron que el paso importante para la formación de pepitas era la segunda etapa en el perfil del gradiente de temperatura isotérmico, donde la temperatura aumentaba con una cierta velocidad de calentamiento hacia 1380 °C.

Un aumento adicional de la temperatura inicial a 1200 °C redujo la porosidad en la superficie de la briqueta, además de aumentar el grado de metalización, de modo que la formación de pepitas se volvió más difícil. A temperaturas iniciales de 1300 °C y 1380 °C, no se formó ninguna pepita aunque el grado de metalización en todas las briquetas aumentó. Además de la temperatura inicial, la velocidad de calentamiento también puede afectar la formación de pepitas de hierro.

Geng et al.17 investigaron la reducción de pellets de TTM incrustándolos en carbón como agente reductor en condiciones isotérmicas en el rango de temperatura de 1100 a 1300 °C. Los gránulos reducidos se trituraron y trituraron a menos de 0,043 mm y el hierro metálico se recuperó mediante la técnica del separador magnético. Se informó que la temperatura óptima era 1200 °C para lograr una alta recuperación de hierro y una alta ley de hierro. En el rango de temperatura de 1250 a 1300 °C, se formó la fase semifundida que impidió que el gas reductor del carbón incrustado ingresara al centro del pellet17,21.

Como se mencionó anteriormente, las pepitas recuperadas tienen un tamaño superior a 0,3 mm. Las pepitas que tenían un tamaño inferior a 0,3 mm no se pueden recuperar mediante clasificación manual, donde se deben aplicar otras técnicas. La escoria se analizó mediante XRD, donde los resultados se muestran en la Fig. 6 para los patrones de temperatura A, D y F. Se puede ver que el hierro metálico todavía dominaba en la escoria. El titanio se presentó como óxido de titanio (TiO) y armalcolita ((Mg0,5Fe0,5)Ti2O5).

Patrón XRD de escoria después de la separación de pepitas de hierro.

Investigadores anteriores utilizaron el TTM de Indonesia como material experimental. Gao et al.13 informaron que las fases en una mezcla TTM con 25% de carbón reducido a 1250 °C eran hierro metálico, ilmenita y armalcolita. Geng et al.17 llevaron a cabo un experimento similar y descubrieron que las fases de los pellets reducidos por inclusión en el carbón eran hierro metálico, ilmenita y pseudobrookita (FeTi2O5). Recientemente, Zhao et al.21,23 informaron que las fases en la mezcla reducida que consiste en TTM y 25% de carbón a 1200-1300 °C eran hierro metálico, ilmenita y anosovita ((Fe,Mg)Ti2O5). A partir de los experimentos mencionados anteriormente, las pepitas de hierro no se formaron y el hierro metálico todavía estaba adherido a otros óxidos. Por tanto, se requieren una serie de tratamientos de trituración y molienda para liberar el hierro metálico.

La superficie de la briqueta reducida bajo el patrón de temperatura A se analizó mediante SEM-EDS, como se muestra en la Fig. 7. Muchas pepitas con un tamaño inferior a 20 μm, llamadas micropepitas, eran visibles en la superficie de la briqueta. Estas micropepitas no se han aglomerado para formar pepitas más grandes. Estas micropepitas fueron imposibles de separar de la escoria mediante clasificación manual y permanecieron en la escoria como se muestra en el patrón XRD en la Fig. 6, donde el hierro metálico era la fase dominante. Se requiere otra técnica de separación, por ejemplo, un separador magnético para recuperar estas micropepitas. Además, en la superficie de la briqueta se veía claramente una pepita con un tamaño de 0,33 mm. Este tamaño de pepita aún puede ser difícil de separar de la escoria manualmente mediante clasificación manual, como se muestra en la Fig. 4a para el tamaño mínimo de las pepitas que se contó para la recuperación de hierro. En la superficie de esta pepita se revelan motivos parecidos a “flores” de color gris claro. Dentro de esta pepita, se puede ver claramente la forma de micro pepitas donde las micro pepitas estaban cubiertas por una capa transparente. Se observó un fenómeno similar en otras pepitas, como se muestra en la Fig. 8, donde las micropepitas aglomeradas estaban cubiertas por una capa transparente que formaba una pepita de gran tamaño.

Imagen SEM en la superficie de la briqueta reducida producida usando el patrón de temperatura A.

Imagen SEM en la superficie de la pepita producida usando el patrón de temperatura A.

En la Fig. 9 se muestra el análisis SEM-EDS en la superficie de pepitas que se produjeron a partir de los patrones de temperatura A, D y F. En la Fig. 9a, está claro que la formación de motivos similares a "flores" en la superficie de Las pepitas en la Fig. 7 fueron causadas por la presencia de manganeso junto con azufre y hierro formando una fase de sulfuro que tenía un punto de fusión más bajo. El manganeso provino del TTM como se indica en la Tabla 2 y el azufre del carbón, ya que el contenido de azufre en el TTM es muy bajo (0,005%). La combinación de hierro, manganeso y azufre puede formar FeS⋅2MnS con un punto de fusión de 1128 °C que se solidificó por último en la superficie de las pepitas. Las otras fases son óxidos que contienen aluminio, magnesio y hierro. Las Figuras 9b,c muestran los óxidos formados en la superficie de la pepita que contienen hierro, titanio, aluminio y oxígeno.

SEM-EDS en la superficie de pepitas reducidas.

Aunque en la superficie de las pepitas las fases dominantes eran óxidos y sulfuros, en el interior de la pepita la fase dominante era hierro metálico, como se muestra en las figuras 10a a c para los patrones de temperatura A, D y F. En el área 1 en la Fig. 10a, el contenido de hierro fue del 97 % con un 2 % de silicio y un 0,5 % de azufre como impurezas según el análisis EDS. Se observaron composiciones similares en el área 1 en la Fig. 10b,c que se produjeron a partir de los patrones de temperatura D y F. No se consideró la presencia de carbono debido a la precisión de las mediciones. Hu et al.22 informaron que el contenido de carbono era del 1,51 % en las pepitas producidas por la reducción de TTM por carbón a 1350 °C.

SEM-EDS de la bisección de una pepita de hierro (a – c) y de la superficie pulida de una briqueta reducida (d).

En el área 2 de la Fig. 10a se observaron inclusiones compuestas por 63% de hierro y 30% de azufre. La combinación de hierro y azufre en esa composición formó troilita (FeS), que tiene un punto de fusión de 1194 °C. En el punto 3 de la Fig. 10a, hay óxidos que pueden quedar atrapados en las pepitas durante el proceso de aglomeración de micropepitas en pepitas más grandes, como se muestra en las Figs. 7 y 8. También se encontraron óxidos de hierro en las pepitas, como se muestra en el punto 4 de la Fig. 10a. Los óxidos tienen puntos de fusión más altos; por lo tanto, se pueden encontrar huecos alrededor de los óxidos que pueden haberse formado durante la solidificación de las pepitas. Se observó un fenómeno similar en la pepita resultante de la briqueta reducida usando los patrones de temperatura D y F, como se muestra en la Fig. 10b, c, respectivamente. En general, el área en la sección transversal de la pepita se puede dividir en tres, a saber, la matriz como hierro metálico, precipitaciones o inclusiones en forma de (Fe,Mn)xSy y óxidos o huecos.

Utilizando el patrón de temperatura G, no se formaron pepitas; por lo tanto, el análisis SEM-EDS se realizó en la superficie pulida de la briqueta reducida, como se muestra en la Fig. 10d. El área gris claro (área 1) en la Fig. 10d es hierro metálico que contiene pequeñas cantidades de oxígeno, titanio, aluminio, silicio, manganeso, magnesio y azufre. El aluminio, el magnesio y el titanio están presentes como óxidos. En las otras áreas de color gris oscuro, el hierro se presentó como óxidos junto con óxidos de titanio, aluminio y magnesio. En este patrón, la temperatura inicial fue de 1300 °C, donde el hierro metálico se formó instantáneamente en la superficie de la briqueta y creó una costra que dificultó la formación de pepitas de hierro.

Las imágenes de microestructura de microscopía óptica de la bisección de pepitas resultantes de los patrones de temperatura A, D y F se muestran en las figuras 11a a c, mientras que la superficie pulida de la briqueta reducida se muestra en la figura 11d. Los límites de los granos son claramente visibles en la Fig. 11a con un aumento de 200 ×, y pueden formarse a partir de la aglomeración de pequeñas partículas metálicas entre sí. Se creía que el metal no estaba completamente fundido cuando la fase metálica era semilíquida. Durante la aglomeración, los óxidos no reducidos quedaron atrapados entre una partícula metálica y otra. Los límites de los granos y los óxidos atrapados, así como las precipitaciones de sulfuro en los límites de los granos, se pueden ver claramente en la Fig. 11c. La Figura 11d muestra hierro metálico formado en la superficie de las briquetas reducidas. Para recuperar el hierro metálico con un separador magnético, se requiere un paso de trituración que consiste en trituración y molienda para liberar las partículas de hierro metálico de los óxidos no reducidos. Esta técnica fue reportada por investigadores anteriores13,17,21,23.

Imagen de microscopía óptica de la bisección de una pepita de hierro (a – c) y la superficie pulida de una briqueta reducida (d).

A partir de los fenómenos anteriores y de trabajos anteriores22,28,29, el mecanismo de formación de pepitas comenzó con la reducción del óxido de hierro en el TTM a través del gas CO del carbono en el carbón para formar hierro metálico a una temperatura de más de 800 °C. Luego, el hierro metálico formó partículas esféricas o creció como bigotes durante la etapa de calentamiento a 1380 °C. La presencia de azufre redujo el punto de fusión del hierro, lo que puede iniciar sitios de nucleación de partículas metálicas de hierro. A medida que la temperatura alcanzó los 1380 °C, las micro pepitas de hierro se formaron debido a la migración de pequeñas partículas metálicas de hierro en forma de esféricas o bigotes, interconectadas entre sí y aglomeradas para formar un globular (pepita) de mayor tamaño. A medida que la temperatura se mantuvo a 1380 °C, el tamaño de las pepitas de hierro aumentó.

Se estudió el efecto de los patrones de temperatura en la formación de pepitas de hierro durante la reducción del concentrado de titanomagnetita por carbón. Las temperaturas iniciales se variaron de 700 a 1380 °C mientras que la temperatura final se mantuvo constante en 1380 °C. Las temperaturas iniciales de 700 a 1100 °C produjeron muchas pepitas de hierro de hasta 3 mm de tamaño y una temperatura inicial de 1200 °C produjo una pepita de hierro con un tamaño de aproximadamente 4 mm. El mecanismo de formación de pepitas de hierro comenzó con la reducción del óxido de hierro en el TTM para formar hierro metálico a una temperatura de más de 800 °C, el hierro metálico formó partículas esféricas durante la etapa de calentamiento a 1380 °C. Cuando la temperatura alcanzó los 1380 °C, las pepitas de hierro se formaron debido a la migración de pequeñas partículas metálicas de hierro, interconectadas entre sí y aglomeradas para formar pepitas de hierro más grandes. Las temperaturas iniciales de 1300 y 1380 °C no produjeron pepitas de hierro debido a la formación de una costra metálica de hierro en la superficie de las briquetas reducidas. La temperatura inicial óptima fue de 1000 °C para lograr una alta recuperación de hierro en las pepitas.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

Ure, CR Fabricación alternativa de hierro en BHP New Zealand Steel. Proc. Conferencia sobre hornos eléctricos de 2000, AIST, Warrendale, EE. UU., 535–546, http://digital.library.aist.org/pages/PR-324-067.htm (2000).

Steinberg, WS, Geyser, W. & Nell, J. La historia y el desarrollo de los procesos pirometalúrgicos en Evraz Highveld Steel & Vanadium. J. Sur. África. Inst. Mín. Metal. 111, 705–710 (2011).

CAS Google Académico

Geldenhuys, IJ, Akdogan, G. & Reynolds, QG Hacia el procesamiento sostenible de depósitos de magnetita titanífera que contienen vanadio: una descripción general de las barreras y oportunidades. IMPC 2020, Ciudad del Cabo, Sudáfrica, 2566–2581, http://www.mintek.co.za/Pyromet/Files/2021Geldenhuys.pdf (2020).

Pang, Z., Lv, X., Jiang, Y., Ling, J. y Yan, Z. Proceso de fabricación de hierro en alto horno con TiO2 muy alto en la escoria: viscosidad y propiedades de fusión de la escoria. Metal. Madre. Trans. B. 51B, 722–731. https://doi.org/10.1007/s11663-019-01756-0 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Fu, WG y Xie, HE Progreso en tecnologías de fundición de titanomagnetita con contenido de vanadio en PanGang. Res. de acero. En t. 82, 501–504. https://doi.org/10.1002/srin.201100033 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, S. y col. Comportamientos de reducción de óxidos de hierro, vanadio y titanio en la fundición de pellets metalizados de titanomagnetita de vanadio. JÓM 69, 1646–1653. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2367-x (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, D. y col. Reducción en estado sólido de concentrados de titanomagnetita de Panzhihua con carbón pulverizado. Mín. Ing. 24, 864–869. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.03.018 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Hu, T., Lv, X., Bai, C., Lun, Z. y Qiu, G. Comportamiento de reducción de los concentrados de titanomagnetita de Panzhihua con carbón. Metal. Madre. Trans. B.44B, 252–260. https://doi.org/10.1007/s11663-012-9783-7 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Sun, H., Dong, X., She, X., Xue, Q. y Wang, J. Reducción en estado sólido de concentrado de titanomagnetita mediante grafito. ISIJ Int. 53, 564–569. https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.564 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Geng, C. y col. Efecto del Na2SO4 sobre la reducción directa por inclusión de titanomagnetita de playa y la separación de titanio y hierro por separación magnética. ISIJ Int. 55, 2543–2549. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-420 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Zhao, W. y col. Investigación del mecanismo de reducción y la cinética de briquetas calientes compuestas de carbono y titanomagnetita de vanadio a 1173-1373 K. Steel Res. En t. 88, 1600306. https://doi.org/10.1002/srin.201600306 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Hu, T., Lv, X. & Bai, C. Reducción mejorada de briquetas de concentrados de titanomagnetita que contienen carbón con múltiples capas en un horno de solera rotativa. Res. de acero. En t. 87, 494–500. https://doi.org/10.1002/srin.201500119 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Gao, E., Sun, T., Liu, Z., Geng, C. y Xu, C. Efecto del sulfato de sodio en la reducción directa de titanomagnetita de playa para la separación de hierro y titanio. J. Hierro. Res. de acero. En t. 23, 428–433. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(16)30068-1 (2016).

Artículo de Google Scholar

Liu, Y., Zhang, J., Liu, Z. y Xing, X. Comportamiento de transformación de fase del titanio durante la reducción carbotérmica de arena de hierro de titanomagnetita. En t. J. Minero. Metal. Madre. 23, 760–768. https://doi.org/10.1007/s12613-016-1290-4 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, M. y col. Recuperación de hierro a partir de concentrado de titanomagnetita que contiene cromo vanadio mediante reducción directa. JOM 68, 2698–2703. https://doi.org/10.1007/s11837-016-2083-y (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, Y. et al. Un proceso novedoso para la recuperación de hierro, titanio y vanadio a partir de titanomagnetita que contiene vanadio: proceso acoplado de modificación de sodio-reducción directa. En t. J. Minero. Metal. Madre. 24, 504–511. https://doi.org/10.1007/s12613-017-1431-4 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Geng, C., Sun, T., Ma, Y., Xu, C. y Yang, H. Efectos de la reducción directa por incrustación seguida de separación magnética en la recuperación de titanio y hierro del concentrado de titanomagnetita de playa. J. Hierro. Res. de acero. En t. 24, 156–164. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(17)30022-5 (2017).

Artículo de Google Scholar

Zhang, Y. et al. Un método para la recuperación de hierro, titanio y vanadio a partir de titanomagnetita que contiene vanadio. En t. J. Minero. Metal. Madre. 25, 131-144. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1556-0 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Sarkar, BK, Kumar, N., Dey, R. & Das, GC Optimización de los parámetros de enfriamiento para la reducción de mineral de magnetita titanífera mediante carbón pobre utilizando el método Taguchi y su estudio cinético isotérmico. Metal. Madre. Trans. B.49B, 1822–1833. https://doi.org/10.1007/s11663-018-1283-y (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Smirnov, KI, Salikhov, SP y Roshchin, VE Reducción en fase sólida de hierro del mineral de titanomagnetita Suroyam durante la metalización en horno rotatorio. Madre. Ciencia. Foro. 946, 512–516. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.512 (2019).

Artículo de Google Scholar

Zhao, Y., Sun, T., Zhao, H., Chen, C. y Wang, X. Efecto del tipo reductor en la reducción directa por incorporación de concentrado de titanomagnetita de playa. En t. J. Minero. Metal. Madre. 26, 152-159. https://doi.org/10.1007/s12613-019-1719-7 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Zulhan, Z., Adhiwiguna, IS, Fuadi, A. & Saleh, N. Reducción en estado sólido de un concentrado de arena de hierro de Indonesia utilizando carbón subbituminoso. Poder. Metal. P. 60, 12-20. https://doi.org/10.1080/00084433.2021.1918508 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Zhao, Y., Sun, T. & Wang, Z. Extracción de hierro a partir de titanomagnetita refractaria mediante tostación reductora y separación magnética. ISIJ Int. 61, 93–99. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-251 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Matsumura, T. y col. Producción directa de hierro fundido a partir de pellets de mineral de hierro compuesto de carbono. La Revue de Métallurgie CIT. 95, 341–351. https://doi.org/10.1051/metal/199895030341 (1998).

Artículo CAS Google Scholar

Kobayashi, I., Tanigaki, Y. & Uragami, A. Un nuevo proceso para producir hierro directamente a partir de mineral de hierro fino y carbón. 60.ª Conferencia sobre fabricación de hierro, Baltimore, EE. UU., 649–657, http://digital.library.aist.org/pages/PR-016-54.htm (2001).

Harada, T., Tsuge, O., Kobayashi, I., Tanaka, H. y Uemura, H. El desarrollo de nuevos procesos de fabricación de hierro. Tecnología Kobelco. Rev. 26, 92–97 (2005).

Google Académico

Kikuchi, S., Ito, S., Kobayashi, S., Tsuge, O. y Tokuda, H. Proceso ITmk3.Kobelco Tech Rev. 29, 77–84 (2010).

Google Académico

Zulhan, Z. & Lo, F. Formación de pepitas de hierro a partir de gránulos compuestos de arena de hierro y carbón bajo perfiles de gradiente de temperatura isotérmica. Hierro. Máquina de acero. 48, 1022-1029. https://doi.org/10.1080/03019233.2020.1859346 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Zulhan, Z., Husnaa, Z. & Basuki, EA Efecto del espesor de las briquetas en la formación de pepitas de hierro en el procesamiento sin fundente de concentrado de arena de hierro bajo perfiles de gradiente de temperatura isotérmico. ISIJ Int. 62, 487–495. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-358 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Los autores desean agradecer al Ministerio de Investigación, Tecnología y Educación Superior de la República de Indonesia por financiar esta investigación y al PT. Sumber Baja Prima, Indonesia, por proporcionar el concentrado de titanomagnetita.

Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería de Minas y Petróleo, Instituto de Tecnología de Bandung, Jl. Ganesa No. 10, Bandung, 40132, Indonesia

Zulfiadi Zulhan, Cheryl Livia Sutandar, Indah Suryani y Eddy Agus Basuki

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

ZZ: Conceptualización, Metodología, Análisis formal, Validación, Adquisición de fondos, Administración de proyectos, Redacción: revisión y edición. CLS: Metodología, Investigación, Análisis formal, Validación, Redacción—borrador original, IS: Conceptualización, Metodología, Análisis formal. EAB: conceptualización, análisis formal, validación, adquisición de fondos, redacción: revisión y edición. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Zulfiadi Zulhan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado a los autores originales y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Zulhan, Z., Sutandar, CL, Suryani, I. et al. Efecto de los patrones de temperatura sobre la formación de pepitas de hierro en el procesamiento sin fundente de titanomagnetita. Informe científico 12, 8941 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12968-x

Descargar cita

Recibido: 23 de octubre de 2021

Aceptado: 10 de mayo de 2022

Publicado: 27 de mayo de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12968-x

Cualquier persona con la que comparta el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.