WO2013076539A1 - Proceso para producción de magnetita sintética de alta pureza por oxidación a partir de residuos metálicos y aparato para producirla - Google Patents
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Definitions
- the present invention deals with a process for producing high purity synthetic magnetite from wüstite.
- the invention relates to a process of oxidation of powdered wüstite with superheated water vapor to convert it into high ureza magnetite » where wüstite is oxidized in a reactor with a countercurrent or concurrent steam flow, during a certain time and at a temperature such that they allow oxidation; total wüstita in magnetite,
- magnetite, 40 4 there are several known processes for obtaining magnetite, 40 4 , from hematite, Fe 2 0.i.
- the conversion of hematite eii magnetite is carried out by means of a chemical reduction.
- the reducing agents commonly used for this process are hydrogen gas, carbon dioxide, methane gas, propane gas, ethane gas, etc.
- the invention consists of a process for producing magnetite with a purity of not less than 90%, and exceeding 98%, by oxidation of powdered wüstite (iron oxide), under temperatures from 200 * C to 800 "C, with introduction of liquid or vapor-shaped water, countercurrently or concurrently, in a reactor with externally heated controlled atmosphere,
- the amount of water used to oxidize wüstita is 60 to 500 mi per kilogram of wüstita, grains of dust wüstita Introduced to the reactor is no larger than 100 ⁇ .
- the present invention consists of a method for converting synthetic wüstita cri magnetite of high purity. Specifically, the invention describes a process that consists of the oxidation of wüstite in a reactor subjected to high temperatures and with a controlled atmosphere with a water flow, or a flow of water vapor in a countercurrent or concurrent way, during a time established to allow the Total reaction of wüstita and its conversion and magnetite.
- the invention contemplates the design of a reactor which, when heated, conforms to e (set of this invention. The reaction is expressed in the following equation:
- hematite is a reddish brown iron ore obtained as a byproduct of the hydrochloric acid regeneration operation used in the pickling or cleaning of steel wires in processes such as electroplating, From these levels it has traditionally been obtained iron, widely used in industry.
- the synthetic magnetite obtained from this process is used for its magnetic properties or as a pigment.
- a reducing medium such as hydrogen, carbon monoxide, methane gas or a liquid such as petroleum.
- monoxide gas, petroleum liquid, methane gas or natural gas acts as a reducing agent . of the hematite allowing the reduction to magnetite. See US Pat. 5,348,160, US,. : 5749,791. '
- the scale is generally stacked or deposited in large pits with other metallic or non-metallic waste or with electric furnace scorpions. This requires the adaptation of land for this purpose but does not prevent the permanent and indefinite accumulation of this waste since there is no suitable recycling method so far, E the country produces 80,000 tons of steel monthly in the three main steelmakers, what we; It leads to a production of 1, 600 to 2,400 tons of husks per month, which accumulate and can become a real environmental problem.
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Abstract
El invento consiste en un proceso para producir magnetita con una pureza no menor al 90%, y superando el 98%, por oxidación de wüstita (óxido de hierro) pulverizada, bajo temperaturas desde los 200 °C hasta los 800 °C, con introducción de agua liquida o en forma de vapor, a contracorriente o en forma concurrente, en un reactor con atmósfera controlada calentado externamente, la cantidad de agua utilizada para oxidar la wüstita es de 60 a 500 mi por kilogramo de wüstita, Los granos de polvo de wüstita Introducidos al reactor tienen un tamaño no mayor de 100 μm.
Description
Descripción
ANTECEDE TES DE LA INVENCION
Campo de 1» invenci n
presente invención trata de un proceso para producir magnetita sintética de alta pureza a partir de wüstita. En particular, la invención se refiere a un proceso de oxidación de la wüstita en polvo con vapor de agua sobrecalentado para convertirla en magnetita dé alta ureza» en donde la wüstita se oxida en un reactor con un flujo de vapor en contracorriente o concurrente, durante un tiempo determinado y a una temperatura tal que permiten la oxidación; total de la wüstita en magnetita,
Estado de la técnica
Son varios los procesos conocidos para la obtención de magnetita, ΓΗ¾04, a partir de hematita, Fe20.i, La conversión de la hematita eii magnetita se realiza por medio de una reducción química. Loa agentes reductores usados comúnmente para este proceso son gas hidrógeno, onóxido de carbono, gas metano, gas propano, gas etano, etc.
Se sabe de la producción de hematíta por rociado de cloruro férrico para producir hematita granular y su posterior reducción a temperaturas de unos 900°C a i ()00°C, La reducción se realiza con el uso de hidrógeno y monóxido de carbono contracorriente dé Íb$ gr oulos de hematíta frente a una llama proveniente de un quemador. Las condiciones reductores se mantienen a lo largo del reactor con la inyección de gas adicional cerca a la zona de descaiga. Véase por ejemplo la patente EE.UU. No. 4.436,681. En esta no se mencionan los grados de pureza alcanzados ni las condiciones del funcionamiento.
Es también conocida la reducción de hematita por un as reductor en presencia de un compuesto inorgánico no terroso en polvo a temperaturas cercanas a 200°C y 700°C deteniendo la reducción alrededor de la mitad del chorro para producir un polvo parcialmente reducido, y oxidando superficialmente el polvo parcialmente reducido con un gas que contiene oxígeno para producir un polvo compuesto de magnetita y hierro. El gas reductor puede ser hidrógeno, monóxido de carbono, metano o etano. Véase, por ejemplo, EE.UU. Hx. N 0 6,827.757. La pureza obtenida en este proceso es de un 83%.
PRÓCESO PARA PRODUCCIÓN DE MAGNETITA SINTÉTICA DE ALTA PUREZA POR OXIOACIÓN A PARTIR DE RESIDUOS METALICOS Y APARATO PARA PRODUCIRLA
RESUMEN
El invento consiste en un proceso para producir magnetita con una pureza no menor al 90%, y superando el 98%, por oxidación de wüstita (óxido de hierro) pulverizada, bajo temperaturas desde los 200 *C hasta los 800 "C, con introducción de agua líquida o en forma de vapor, a contracorriente o en forma concurrente, en un reactor con atmósfera controlada calentado externamente, La cantidad de agua utilizada para oxidar la wüstita es de 60 a 500 mi por kilogramo de wüstita, Los granos de polvo de wüstita Introducidos al reactor tienen un tamaño no mayor de 100 μητι.
1 Campo del Invento
El présente Invento consiste en un método para convertir la wüstita cri magnetita sintética de alta pureza. Específicamente la invención describe un proceso que consiste en la oxidación de la wüstita en un reactor sometido a altas temperaturas y con atmósfera controlada con un flujo de agua, o un flujo de vapor de agua a contracorriente o concurrente, durante un tiempo establecido para permitir la reacción total de la wüstita y su conversión e magnetita. La Invención contempla el diseño de un reactor que al ser calentado conforma e( conjunto de est« invento. La reacción se tfescflbe en la siguiente ecuación:
3FeO ) + i Ois¡) → Ft>304 (J) + Ht ¾)
2 Descripción de la Técnica
Ancestralmcnte se ha obtenido la magnetita de yacimientos naturales y su extracción Involucra métodos y maquinas que producen algún impacto ai medio ambiento, Es un proceso costoso debido a la dureza del mineral de roca de magnetita,
Desde hace varios años se conoce cómo convertir el compuesto hemátlta FejOa en magnetita fttjOe. l,a hematita es un mineral de hierro de color café rojizo obtenido como subproducto de la operación de regeneración del ácido clorhídrico usado en el decapado o limpieza de alambres de acero en procesos eomo la galvanoplastia, De estas cotas se ha obtenido tradicionalmente él cloruro de hierro, ampliamente utilizado en la industria. La magnetita sintética obtenida de este proceso es utilizada por sus propiedades magnéticas o como pigmento.
Se sabe que la conversión de hematita a magnetita ocurre en presencia de un medio reductor comó et hidrógeno, el monóxido de carbono, el gas metano o un liquido como el petróleo. La presencia de gas monóxido, líquido de petróleo, gas metano o de gas natural, actúa como agente reductbr.de la hematita permitiendo la reducción a magnetita. Ver patentes U.S. Pat. 5.348,160, US, . : 5749.791. '
También se ha sabido cómo reducir la hematita Fe2<¾ de un polvo inorgánico de un compuesto no ferroso a temperaturas de alrededor de 200 a 700 °C en presencia de un gas reductor, suspender la reducción del polvo a mitad de camino de la reducción para producir un polvo parcialmente reducido, y luego oxidar la superficie del polvo parcialmente reducido con un gas que cont ene oxígeno para producir un polvo compuesto que contiene magnetita y hierro, El gas reductor puedo sor hidrógeno, monóxido de carbono, gas metano o etano, Véase, por ejemplo, US Pat, N 9 6,827757. La pureza dé ese proceso es de aproximadamente 83%,
Los procesos conocidos para la producción de magnetita a partir de hematita son costosos ya que se requiere de varios pasos que dificultan la obtención de magnetita.
En la industria metalúrgica se produce una gran cantidad de desperdicios metálicos (llamados cascarilla), de 2% a 3% por cada calentamiento, cómo consecuencia de la oxidación generada por IBS altas temperaturas, generalmente superiores a 800 °C, y que no tienen una aplicación industrjal rentable. Esto genera un impacto ambiental y un costo evidente para su disposición final. En . las siderúrgicas con Alto Horno pueden usar esta cascarilla agregándola al clínker o en la carga del horno ya que este proceso involucra reducción por CO?. Sin embargo e! costo del transporte la convierte en una materia prima muy cara para reclcler las cascarillas generadas en otras industrias tales como los productores de barras de acero, láminas de acero o Jos hornos eléctricos y colada continua. Estos desperdicios se caracterizan por tener una composición aproximada de 70% de wüstita, 25% de magnetita y 5% de hematita, La composición puede variar dependiendo de factores como composición de la aleación sometida a alta temperatura,; duración del calentamiento, temperatura aplicada, tratamiento o choque térmico, etc.
La cascarilla es generalmente apilada o depositada en grandes fosas con otros desperdicios metálicos o no metálicos o con escorlas de horno eléctrico. Esto exige la adecuación dé terrenos para este fin pero no Impide la acumulación permanente e indefinida de este desperdició ya que no existe hasta , el momento un método de reciclaje adecuado, E el país se producen 80.000 toneladas mensuales de acero en las tres siderúrgicas principales, lo que nos; lleva á una producción de 1 ,600 a 2.400 toneladas mensuales de cascarilla que se acumulan püdtendo llegar a convertirse en un verdadero, problema ambiental.
Claims
1. Un proceso para producir magnetita sintética de alta pureza según !a descripción que sigue; Alimentación de la wüstita por uno de los extremos de un reactor por medio de un tomillo dosíficador adosado a un dispositivo pendular qué impide la salida de vapor y de polvo contaminante a la atmósfera; un sistema de. alimentación de agua o vapor de agua de forma concurrente o contracorriente como reactivo de la transformación termoquímica; un sistema de calefacción con quemadores externos que permite elevar la temperatura de los reactivos hasta un rango entre 200°C y ÍJOO^C lo que acelera la conversión de la wüstita en magnetita sintétic de alta pureza; un sistema de evacuación de la magnetita caliente por medio de un tomillo dosíficador adosado a un dispositivo pendular o trampa que impide la salida de vapor y de polvos contaminantes a la atmósfera; enfriamiento y recolección de la magnetita sintética donde esta tiene al menos un 95% de pureza e incluso puede llegar a superar e! 98%.
2. Proceso para producir magnetita sintética caracterizado por el uso de desperdicios de la industria del acero, llamados cascarilla, generados por el calentamiento del acero o del hierro a temperaturas superiores a 800°C.
3. Fí) proceso de la reivindicación 1 , incluyendo el empleo de temperatura en un rango de 200 °C a 800 °C. preferiblemente 500 °C.
4. El proceso de la reivindicación 1 , donde el dispositivo de calefacción o quemador tiene una longitud de cerca del 60% de la longitud del reactor hasta la boca de descarga del reactor.
5. Bl proceso de la reivindicación 1 , en donde el vapor de agua suministrado a la reacción oscila entre $7 gr y 570 gr por kilogramo de wüstita introducido al reactor.
6. El proceso de la reivindicación 1 , en donde la alimentación de vapor de agua y la alimentación de wüstita son simultaneas e ingresan al reactor por extremos opuestos y viajan a través del mismo en sentido contrario o a contracorriente, de manera que el vapor de agua va desde la boca de salida hacia la boca de alimentación y la wüstita va de la boca de alimentación hasta la boca de salida.
7. El proceso de la reivindicación 1, en donde la materia prima proviene (le la capa de óxidos, de apariencia cristalina, compuesta por 73 % de wüstita y 23% magnetita» que se forma a alta temperatura sobre la superficie del acero y que se desprende naturalmente durante su enfriamiento p en los procesos de apilado, lancinado, figurado» trefilado, forjado, etc. o de manera forzada mecánicamente.
8. El proceso de la rei indicación 1 y 7, en donde la wüstíia puede provenir de residuos metaJúrgieos en donde se dispone de xm material que es considerado generalmente desecho industrial.
9. Hl proceso de la reivindicación 1 y 8, en donde la wüstita puede provenir de del proceso de trefilación del alambre de acero, cascarilla del laminado en frío del hierro o laminado en caliente del hierro,
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