— El valor de aplicación generalizado de la bentonita modificada de alta eficiencia y ahorro de energía
La industria siderúrgica es un importante consumidor de energía y un emisor significativo de contaminantes atmosféricos, lo que la convierte en un foco clave para los esfuerzos de conservación energética y reducción de emisiones. Ante la creciente limitación de recursos y del medio ambiente, el desarrollo verde se ha convertido en la única vía viable para la industria siderúrgica. Como sector típico de fabricación de procesos, la producción de acero seguirá dependiendo de los procesos de alto horno durante un período considerable. Por lo tanto, explorar innovaciones en los procesos, como la sustitución de la sinterización por la peletización para optimizar las estructuras de carga del alto horno, reviste gran importancia para reducir aún más el consumo de energía, disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes, y promover la fabricación ecológica. Los productos de bentonita para la peletización metalúrgica incluyen la bentonita sódica, la bentonita compuesta y la bentonita de peletización modificada, entre otros. Estos productos presentan excelentes propiedades aglutinantes, formación uniforme de pellets y alta eficiencia de peletización, lo que los hace adecuados para diversos tipos de concentrados de mineral de hierro. Actualmente, la bentonita de peletización modificada más utilizada en la producción es la bentonita de peletización modificada, que combina bentonita con aglutinantes orgánicos. Esta bentonita modificada puede reducir la dosis de aglutinante y al mismo tiempo maximizar la calidad de los pellets, lo que la convierte en el método más eficaz para mejorar el grado de hierro del mineral de pellets en la actualidad.
El papel de la bentonita en la peletización del mineral de hierro
La peletización de concentrado de mineral de hierro requiere agua y aglutinantes, siendo la bentonita el aglutinante más común y ampliamente utilizado a nivel mundial. La bentonita posee tres características clave: mojabilidad (alta absorción de agua), expansibilidad (significativa capacidad de hinchamiento) y propiedades coloidales (fuertes efectos aglutinantes). Estas propiedades permiten que la bentonita desempeñe tres funciones esenciales en la peletización:
1. Mejora de la resistencia de los pellets verdes, secos y terminados
La gran superficie específica y la capacidad de dispersión de la bentonita le permiten unir firmemente las partículas de concentrado de hierro durante la peletización, el secado y la tostación, reduciendo las distancias entre partículas y mejorando la resistencia.
2. Aumento de la resistencia al choque térmico de los pellets verdes
La bentonita ralentiza la evaporación del agua durante el secado, a la vez que mejora rápidamente la resistencia de los pellets secos, mejorando así significativamente la resistencia al choque térmico de los pellets verdes. Sin embargo, el grado de mejora varía según la calidad de la bentonita y el tipo de concentrado de hierro utilizado.
3. Supresión del hinchamiento por reducción y la degradación a baja temperatura de los pellets terminados
Los pellets elaborados a partir de concentrado de hierro y bentonita generalmente presentan una porosidad 1%–2% menor y una resistencia mayor, lo que reduce ligeramente la reducibilidad pero ayuda a mitigar la hinchazón por reducción y la degradación a baja temperatura.
Impactos negativos de la bentonita en la calidad de los pellets
Los principales componentes químicos de la bentonita son SiO₂ y Al₂O₃. El análisis estadístico de 24 muestras de bentonita de nueve provincias de China muestra un contenido promedio de SiO₂ de 62,391 TP₂T (69,641 TP₂T tras deducir las pérdidas por ignición) y un contenido de Al₂O₃ de 16,551 TP₂T (18,4751 TP₂T tras deducir las pérdidas por ignición). Dado que la fabricación de hierro en altos hornos busca materiales ferrosos de alta calidad y baja escoria, los productores de pellets se esfuerzan por minimizar el uso de bentonita. Los efectos adversos de la bentonita en la calidad de los pellets incluyen:
1. Reducción del grado de hierro de los pellets terminados
Añadir bentonita 1% reduce la ley del hierro en aproximadamente 0,6%. Por ejemplo, al producir pellets a partir de concentrado de hierro 64%–68%, cada incremento de 1% en la dosis de bentonita disminuye la ley del hierro en 0,62%–0,66%.
2. Aumento del contenido de SiO₂ y Al₂O₃ en pellets terminados
Cada adición de 1% de bentonita aumenta el contenido de SiO₂ en ~0,7% y el contenido de Al₂O₃ en ~0,185%, degradando la calidad de los pellets y perjudicando el rendimiento metalúrgico en los altos hornos.
3. Disminución del valor económico de los pellets terminados
Con una dosis promedio de bentonita en China de ~2,0%, los pellets elaborados a partir de concentrado de hierro 66% experimentan una caída de 1,28% en el grado de hierro, un aumento de 1,39% en SiO₂ y un aumento de 0,37% en Al₂O₃.
Análisis de la aplicación práctica de la bentonita modificada
Mediante la cuidadosa selección de materias primas de bentonita de alta calidad y su procesamiento mediante extrusión húmeda, activación sódica, secado, modificación y molienda lubricada, se han desarrollado diversos materiales auxiliares. Estos materiales se utilizan principalmente para: mejorar la reducibilidad de los pellets de mineral de hierro, aumentar la resistencia de los pellets verdes, actuar como agentes antiexplosivos para aumentar la estabilidad térmica y la temperatura de ruptura durante el secado, actuar como espesantes para mejorar la resistencia y la velocidad de peletización, aumentar la microporosidad de los pellets, mejorar la reducibilidad y reforzar la atmósfera oxidante del combustible, actuar como agentes enriquecedores de oxígeno para aumentar la reactividad del combustible, elevar la atmósfera oxidante en la zona de tostación, aumentar la temperatura de reducción-ablandamiento de los pellets y acortar el tiempo de tostación.
Funcionan como agentes fundentes para optimizar la microestructura de los pellets, controlar la generación de fases vítreas y suprimir transformaciones reticulares indeseables, expansión de reducción anormal e histéresis de reducción; actúan como dispersantes para regular la humedad en las materias primas, garantizar la formación uniforme de pellets, permitir la combinación con bentonita a base de sodio para la peletización y evitar la adhesión de pellets verdes durante el transporte; y estabilizan los componentes de la bentonita modificada al tiempo que inhiben la descomposición a alta temperatura y la cristalización de Fe₂O₃ en pellets, aumentando así la producción y reduciendo el consumo de energía.
Ahorre en el uso de bentonita
Al mezclarlos con bentonita en proporciones específicas, estos aditivos especializados pueden reducir significativamente la cantidad de bentonita necesaria. Los resultados prácticos muestran que, añadiendo bentonita modificada en una proporción de 1,2-1,61 TP₃T, se puede lograr el mismo rendimiento que con bentonita sódica convencional en una proporción de 2,5-3,51 TP₃T. La adición de bentonita modificada puede mejorar significativamente la resistencia del pellet verde, mejorar la estabilidad térmica, reducir la dosis de bentonita, reducir la tasa de finos de retorno y aumentar la calidad del hierro de los pellets cocidos. Con base en los procesos de peletización y los flujos de producción actuales, la sustitución de la bentonita sódica tradicional por bentonita modificada reduce la dosis de bentonita de aproximadamente 3,21 TP₃T a menos de 1,81 TP₃T, lo que genera importantes beneficios generales. En la Tabla 1 se presenta un análisis detallado de los beneficios económicos específicos.
| Tabla 1 Comparación entre el aglutinante de bentonita modificado y la bentonita tradicional a base de sodio | ||
| Métrica de evaluación | Bentonita tradicional a base de sodio | Aglutinante de bentonita modificado |
| Dosis (%) | 3.2 | 1.8 |
| Consumo (kg/tonelada de pellets) | 3.3 | 1.9 |
| Mejora del rendimiento (%) | – | 4–6 |
| Reducción de retorno húmedo (%) | – | 3–4 |
| Reducción de retorno seco (%) | – | 1–2 |
| Reducción de costos de procesamiento (%) | – | 3 |
| Aumento de la calidad del hierro en pellets | – | ~0,77 puntos de calificación |
| Beneficio económico del aumento de calidad (CNY/tonelada de pellets) | 0 | 13.09 |
| Precio de mercado sin impuestos (CNY/tonelada) | 327 | 720 |
| Costo por tonelada de pellets (CNY/tonelada de pellets) | 10.79 | 13.68 |
| Beneficio económico integral (CNY/tonelada de pellets) | 0 | 10.2 |
Según los resultados previstos, basados en la cantidad de aglutinante de bentonita modificada añadida y los indicadores de rendimiento de los pellets terminados, la sustitución de la bentonita sódica original por bentonita modificada puede reducir la proporción de bentonita de los 3,21 TP3T actuales a menos de 1,81 TP3T. Este ajuste puede generar beneficios económicos globales de aproximadamente 10,5 yuanes por tonelada de pellets (10,2 yuanes + 0,3 yuanes). Con una producción anual a plena capacidad de 2,4 millones de toneladas de pellets, esto podría suponer un ahorro para la empresa de aproximadamente 25,2 millones de yuanes, lo que generaría importantes beneficios económicos y ecológicos.
Ventajas de los aglutinantes de bentonita modificados
1. Mejora la dispersabilidad, la estabilidad térmica y la tasa de nucleación.
2. Mejora la resistencia de los pellets verdes y la resistencia al choque térmico.
3. Reduce la dosis de bentonita en 50%–75%, aumentando el grado de hierro y reduciendo el contenido de SiO₂.
4. Acorta el tiempo de tostado a alta temperatura, aumentando la producción y reduciendo el consumo de energía.
5. Apoya la estrategia de desarrollo de acero verde y de alta calidad de China según las directrices del XIX Congreso Nacional.
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