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

Abstract

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.