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Introducción
Los hornos de reducción del tipo ¨Nichols-Herreshoff ¨ son los equipos utilizados por la Tecnología Caron para reducir químicamente las menas lateríticas con el objetivo de extraer su contenido de níquel (Ni) y cobalto (Co), aprovechando la gran selectividad que tiene el licor carbonato amoniacal al ponerse en contacto con las lateritas reducidas.1,2
Estos utilizan una elevada cantidad de petróleo para sus operaciones, por lo que habitualmente los procesos metalúrgicos que lo contemplan, dentro de su esquema tecnológico, se caracterizan por presentar un alto costo por concepto del consumo de energía.3,4
Una de las alternativas que permiten reducir el costo debido al consumo de combustible lo constituye la sustitución del petróleo tecnológico (PT), empleado como aditivo en estos hornos, por el carbón bituminoso (CB) basándose en la diferencia de precios que presentan estos recursos en el mercado internacional.5,6
En trabajos anteriores investigadores del Centro de Investigaciones del Níquel: Capitán Alberto Fernández Montes de Oca (CEDINIQ) determinaron el efecto que tiene la sustitución de estos aditivos en los procesos de reducción química y molienda de los minerales lateríticos a escala de laboratorio.7,8,9
La sustitución, a pesar de garantizar que se mantuvieran los índices de eficiencia metalúrgica y de ser factible preliminarmente desde el punto de vista económico, presentaba la dificultad de no modelar el efecto provocado por la postcombustión10 y los arrastres de polvo que existen habitualmente en estos equipos, ver figura 1.
Es conocido que los hornos de reducción se diseñaron para tener un porcentaje de arrastre de polvo que oscila entre el 8 y el 13 %, considerando como referencia al mineral alimentado al equipo en base seca. 11 Esto trae como consecuencia que haya que adicionar una mayor masa del carbón bituminoso para lograr que el en el interior del horno exista la proporción que permita sustituir al petróleo tecnológico. Este aumento es provocado debido a que el carbón experimenta la misma afectación que el mineral laterítico, previamente secado y molido, por tener una menor densidad y una granulometría similar. Al realizar este incremento de masa se disminuye la productividad de los hornos, corriéndose el riesgo de que los gastos del proceso aumenten y que no sea posible la sustitución total del petróleo tecnológico.
Estos factores, que se encuentran presentes en los hornos a escala piloto e industrial, dan lugar a que se analice la posibilidad de sustituir parcialmente al petróleo tecnológico por el carbón bituminoso.
De acuerdo a lo antes planteado, se realiza este estudio que tiene como objetivo general evaluar la sustitución parcial del petróleo tecnológico, utilizado como aditivo en los hornos de reducción, por el carbón bituminoso a partir de tres mezclas formuladas por estos recursos energéticos.
Materiales y Métodos
La investigación se realizó en las instalaciones del Centro de Investigaciones del Níquel, Capitán Alberto Fernández Montes de Oca para reducir y lixiviar el mineral laterítico con las diferentes mezclas de reductores (petróleo y carbón bituminoso). Los resultados fueron procesados con la ayuda del software STATGRAPHICS Centurión XV y el Microsoft Excel, para la realización de los gráficos y el análisis de los resultados logrados.
Materiales
Los principales materiales utilizados fueron la mena laterítica, el petróleo tecnológico, el carbón bituminoso y el licor carbonato amoniacal.
Las lateritas utilizadas corresponden a las menas que existen en los yacimientos Camarioca Este, Yagrumaje Norte y Yagrumaje Sur en la zona norte de la provincia de Holguín en una proporción de 47,53; 36,72 y 15,74 % másico respectivamente. Formaba parte de una muestra tecnológica previamente homogenizada, secada y triturada con el objetivo de lograr un grado de homogenización mayor del 80 %, una humedad menor o igual que el 5,0 % y un tamaño de partícula inferior a los 50 mm. En la tabla 1 se muestra la composición química promedio de los elementos fundamentales presentes en la misma.
El petróleo tecnológico y el carbón bituminoso que se emplearon para realizar los experimentos presentan características similares al utilizado por Angulo.7,9
El licor carbonato amoniacal fuerte tiene una densidad que oscila entre 1,02 y 1,03 t/m3. En la tabla 2 se presentan sus características más importantes.
Equipos
Los equipos que se utilizaron durante la investigación fueron el horno mufla y los reactores utilizados para lixiviar. La referencia bibliográfica 7 se presentan sus principales características.
Mezclas de aditivos formuladas
En la tabla 3 se muestran las tres mezclas de petróleo tecnológico y carbón bituminoso utilizadas como aditivo en el proceso de reducción en esta investigación. Las mezclas tienen como terminología CB12-PT17,50, CB16-PT15,00, y CB20-PT12,50; donde los valores que acompañan a los términos CB y PT corresponden a los kg por toneladas de mineral laterítico, tomando como referencia a las lateritas procesadas en base seca.
Metodologías
Para realizar la experimentación se emplearon dos metodologías: Reducción del mineral laterítico en el horno de botella y Lixiviación y lavado del mineral reducido a escala de laboratorio.7 Estas perseguían como objetivo determinar las extracciones de los elementos de interés, Ni y Co, a partir del cálculo del extractable por la ecuación 1.
Donde:
% Met ext porcentaje de extractable del metal bajo análisis, Ni o Co.
Met min lix porcentaje del contenido del metal bajo análisis en la mena, Ni o Co, luego del proceso de lixiviación.
Met alim porcentaje del contenido del elemento analizado en la mena que se alimenta a los hornos de reducción, Ni o Co.
Fe alim porcentaje del contenido de hierro presente la mena que se alimenta a los hornos de reducción.
Fe min lix porcentaje del contenido de hierro presente en el mineral luego del proceso de lixiviación.
Resultados y discusión
Calentamiento promedio de las mezclas
Se puede apreciar, figura 2, que cada uno de los experimentos realizados mantuvo un aumento gradual de la temperatura con un tiempo de residencia que osciló entre los 71 y 74 minutos, corroborando de esta manera las investigaciones realizadas sobre esta temática.2,7,9 Al comparar el perfil térmico mostrado en cada una de las mezclas se puede llegar a la conclusión de que todos los experimentos fueron sometidos a un régimen de calentamiento similar, sin presentar desviaciones significativas entre cada uno de ellos.
Evaluación de las mezclas en función del extractable de níquel y cobalto
En la figura 3 se compara el porcentaje de extractable de Ni de cada una de las mezclas de aditivos evaluadas en el proceso de reducción del mineral laterítico. La comparación se realizó tomando como referencia los resultados publicados 7, al utilizar como aditivo al petróleo tecnológico en 2,5 % y al carbón bituminoso en un 5,0 %.
En el caso de utilizar la mezcla CB20-PT12,50 se puede observar que el extractable de Ni se incrementó en más de un 2,57 %, en comparación con los resultados obtenidos con los aditivos utilizados como patrón.
Al analizar la mezcla CB12-PT17,50 y CB16-PT15,00 se observa que los resultados no son satisfactorios ya que las extracciones de Ni, al utilizar la primera mezcla, tienden a disminuir hasta 1,64 %; mientras que en el caso de la segunda mezcla la tendencia es de mantener los extractables de Ni logrados con los aditivos tomados como referencia.
El porcentaje de las extracciones de Co para las mezclas investigadas se muestra en la figura 4. Se puede apreciar que la tendencia que presentó fue similar al obtenido para las extracciones de Ni, logrando los mejores resultados al utilizar como aditivo la mezcla CB20-PT12,50 ya que permite incrementar las extracciones de Co en un porcentaje superior a 9,40.
A juzgar por los resultados logrados se puede llegar a la conclusión de que la mezcla de aditivo que presenta el mejor comportamiento en el proceso de reducción es la CB20-PT12,50 pues garantiza obtener extractables de Ni y Co de 90 y 69 % respectivamente.
En la tabla 4 se presenta la evaluación económica preliminar.
Se observa que al utilizar la mezcla CB20-PT12,5 se pueden ahorrar alrededor de 15 524 957,77 USD/a, al tomar como referencia al PT-2,5 %, por concepto de diferencias de precios que existen entre estos recursos energéticos actualmente.
Nomenclatura
PT y CB: Petróleo tecnológico y carbón bituminoso respectivamente.
CB12-PT17,50: Mezcla de aditivo formada por 12,00 kg de CB y 17,50 kg de PT, por tonelada de mineral laterítico en base seca.
CB16-PT15,00: Mezcla de aditivo formada por 16,00 kg de CB y 15,00 kg de PT, por tonelada de mineral laterítico en base seca.
CB20-PT12,50: Mezcla de aditivo formada por 20,00 kg de CB y 12,50 kg de PT, por tonelada de mineral laterítico en base seca.
PT-2,5 %: Aditivo reductor del horno formado por 2,5 % de PT.
CB-5 %: Aditivo reductor del horno formado por 5,0 % de CB
