Por tanto, una vez calculados los consumos energéticos en las diversas etapas de minería y mineralurgia, y analizada la influencia del mineral tratado, se podrían formar dos agrupaciones entre los minerales de hierro en función de las necesidades en el tratamiento del mineral. Se podría hablar así de los siguientes grupos dentro de M&M:
- G1: Minerales como la hematites (Fe2O3, de dureza 5,5-6,5) y la goetita (FeO(OH), de dureza de 5-5,5), caracterizados como los minerales de hierro óptimos para los fines requeridos (logran un concentrado de hasta un 66% Fe con una recuperación del 62-86%)
- G2: Minerales como la taconita y la magnetita, que en su molienda requieren de gran cantidad de energía por necesitar de una molienda intensiva. La taconita, mineral ferroso embebido en matriz cuarzosa de compuestos silicosos, como fuente de hematites y magnetita, con un contenido en hierro del 30%. Las magnetitas (óxido ferroso-férrico, FeO.Fe2O3), presentadas en forma masiva o diseminada en agregados granudos compactos (también en arenas magnéticas sueltas), contienen el 31,03% de FeO (wüstita) y el 68,97% Fe2O3
(hematites), goza de facilidad en la separación con separadores magnéticos tras una molienda previa intensiva, siendo un mineral de una dureza de 5-6,5. La magnetita, sin embargo, es preferida a la hora de pelletización y sinterización por su comportamiento exotérmico en la oxidación, consumiendo menos calorías en el cocido del pellet de magnetita que con el de hematites. En caso de tener en cuenta la etapa de pelletizado o sinterizado y la siderurgia, podríamos encontrar diferencias marcadas por el comportamiento del mineral de hierro, según los yacimientos:
• En el caso de minerales de hierro de yacimientos del tipo de cuarcitas ferruginosas (7,5-12% SiO2) lo característico en el proceso de obtención de concentrados de hierro es que, mientras se quiera lograr leyes más altas, la relación silicatos de bajo punto de fusión/silicatos de alto punto de fusión (presencia de fase líquida) decrece proporcionalmente. Los pellets obtenidos con silicatos de bajo punto de fusión, poseen mejores propiedades mecánicas y mayor resistencia a condiciones reductoras.
• Los yacimientos tipo skarn presentan etapas de explotación complejas. Al inicio, capas superficiales de minerales de hierro, que pueden ser explotadas fácilmente; a medida que esta capa superficial se explota, la ley de hierro disminuye, el porcentaje de impurezas se incrementa, siendo necesario desarrollar un proceso de beneficio y posterior sinterización. Se encuentran complejos minerales como la Ilminita: (Ti, Cr, Mn)O.Fe2O3, realizándose un tostado magnetizante para proceder a la separación magnética, observándose que los pellets obtenidos de este concentrado son de fácil reductibilidad con hidrógeno. Es indudable que la presencia de estos elementos influye en las propiedades de los pellets y/o sinter obtenidos de concentrados de este tipo de mineral y, por consiguiente, posean un comportamiento distinto a los concentrados clásicos de Fe3O4.
• Propiedades considerablemente más bajas se han obtenido en los pellets con silicatos de elevado punto de fusión; sin embargo, éstos poseen mayor grado de reductibilidad que aquellos pellets con silicatos de bajo punto de fusión. (Influencia de la génesis de los minerales de fierro en el desarrollo de procesos metalúrgicos, Jorge Gonzales, 1992).
• Existen yacimientos donde la magnetita por acción del aire en el agua, se convierte en hematites, es decir, la cantidad de FeO como producto de oxidación paulatinamente disminuye (la magnetita pura contiene 31% de FeO, pudioendo ser representada la fórmula de Fe3O4 por FeO. Fe2O3). Si la relación Fetotal / FeO < 3,5
se tiene un mineral oxidado parcialmente y se llama magnetita. Cuando Fetotal / FeO > 7 tendremos un mineral de hierro llamado martita, caracterizada por tener una mezcla de hematites y magnetita. La ganga presente en estos minerales es típica de los yacimientos del tipo skarn y son del tipo actinolita, epidotas y tremolitas. Según este análisis se puede afirmar que estos minerales poseen elevada reductibilidad y presentan problemas de formación de finos, por lo que es recomendable que se desarrolle un proceso de aglomeración para su posterior utilización en módulos de reducción directa. (Influencia de la génesis de los minerales de fierro en el desarrollo de procesos metalúrgicos, Jorge Gonzales, 1992).
• La cantidad de calorías para cocer un pellet de magnetita es aproximadamente la mitad que para un pellet fabricado con hematites
• A pesar de la mayor relación de la hematites en oxígeno (O/Fe = 1,5), frente a la magnetita (O/Fe = 1,33), la hematites en el Horno Alto es más reducible que la magnetita. La razón, como se comentó anteriormente, es que la magnetita está cristalizada, por lo que es menos reactiva y por tanto se reduce con menor facilidad que la hematites.
Por ejemplo, con ciertas especies del G2, parala taconita, mineral de gran dureza por su contenido en sílice, es necesaria una molienda que logre un tamaño de 45-25 micras a fin de facilitar la liberación del hierro del resto de minerales de la ganga. Lo mismo ocurre con la magnetita y su necesidad de molienda para poder aprovechar sus propiedades magnéticas en la separación. Por tanto, podemos considerar para estos minerales esos 70 MJ/t de consumo energético en la molienda.
Sin embargo, en el G1 (hematites y goetita), no serían necesarios esos 70 MJ/t, ya que no necesitan de una molienda tan exhaustiva, al no necesitar la liberación del hierro (una parte del mineral de hematites se considera DSO o “direct shipping ore” que se envía sin ninguna concentración, directo al buque granelero).
Por tanto, recogiendo los datos calculados anteriormente, obtenemos un cuadro que identificará el consumo energético en las etapas de minería, mineralurgia, y aglomerado, en función del grupo de mineral al que pertenezca.
Grupo
Arranque y transporte a planta
Trituración
y molienda Aglomerado TOTAL Uds.
G1 72 10 - 82 MJ/t mineral G2 72 73,55 1.500 1.645 MJ/t mineral Tabla 4.16 Consumos energéticos unitarios en M&M por grupo
Se observa así, cómo en el G2 se consume una energía en la trituración y molienda, que resulta similar al consumo necesario para el arranque y trasporte a planta del mineral. Es más, todo aquel producto reducido para ser utilizado posteriormente en el horno alto, necesitará cumplir unas especificaciones en cuanto a granulometría, que les serán proporcionadas tras la transformación en pellets o sinter (según el tamaño). Sin embargo, el grupo G1, al no necesitar molienda, no necesitará tampoco su posterior transformación en pellets o sínter, siendo considerable el ahorro energético y en emisiones correspondientes.
Con lo anteriormente expuesto, se puede entender la importancia del consumo energético en la molienda y el aglomerado, de igual manera que se tiene también que observar el gran consumo energético originado por el movimiento másico, característica principal de este tipo de minería de hierro (los MJ consumidos en el transporte se han supuesto para una distancia máxima de 1 km, desde la explotación a la planta de tratamiento).
El cálculo de emisiones de CO2, considera un consumo eléctrico genérico por país (aunque en yacimientos con ubicaciones habitualmente fuera de la red eléctrica, se utilicen los motores diesel). Para los datos siguientes, se supone un país como Brasil.
Grupo
Arranque y transporte a planta
Trituración y
molienda Aglomerado TOTAL Uds.
G1 400 433 - 833 g CO2/t mineral
G2 400 3.186 (1) 120.000 123.586 g CO2/t mineral
(1) El consumo de energía primaria, en un país como Brasil, supone 43,32 g CO2/MJ
Tabla 4.17 Emisiones de CO2 unitarias en M&M por grupo
Por tanto, podemos agrupar los datos obtenidos anteriormente y deducir por tonelada, el consumo energético global tras el proceso completo desde que el mineral de hierro es arrancado de la tierra, hasta que es vendido al consumidor en forma de bobinas de acero laminado.
Grupo M&M Granelero
Horno
Alto Convertidor Acabado TOTAL Uds
G1 82 58(*) 8.070 86 1.682 9.978 MJ/t min
G2 1.646 58(*) 8.070 86 1.682 11.542 MJ/t min
(*) Tomando una distancia objetivo de 20.000 km (distancia i.e. de Brasil a Rotterdam) Tabla 4.18 Consumos energéticos unitarios del proceso completo por grupo Igualmente, por tonelada, el valor de emisiones de CO2 resulta el siguiente:
Grupo M&M Granelero
Horno
Alto Convertidor Acabado TOT. Uds
G1 0.833 300(*) 250 70 57 678 Kg CO2/t min
G2 123 300(*) 250 70 57 800 Kg CO2/t min
(*) Tomando una distancia objetivo de 20.000 km (distancia i.e. de Brasil a Rotterdam) Tabla 4.19 Emisiones unitarias de CO2 del proceso completo por grupo
4.7.5 Conclusiones obtenidas sobre el consumo energético y las emisiones de