Dolomita: Técnicas de procesamiento y papel crítico en la industria del hierro y acero

Dolomita – Procesamiento y aplicación en la industria del hierro y acero

Dolomita es mineral carbonatado anhidro. Doble carbonato calcio-magnesio (CaCO₃·MgCO₃). Materia prima importante en producción hierro/acero.

Teóricamente: 54,35 % CaCO₃, 45,65 % MgCO₃ → 30,41 % CaO, 21,86 % MgO, 47,73 % CO₂. En naturaleza no existe proporción exacta; roca con 40–45 % MgCO₃ suele llamarse dolomita.

Usos principales en industria hierro/acero

1. Material fundente (*flux*)
2. Protección revestimiento refractario
3. Materia prima refractaria

Tres formas: (i) dolomita cruda (natural), (ii) dolomita calcinada, (iii) dolomita sinterizada. Como fundente: cruda o calcinada. Protección refractarios: calcinada. Refractaria: sinterizada. Usos y formas en Fig 1.

Procesamiento de dolomita

Tras minería, varios procesamientos. Básicos: (i) cantera dolomita cruda, (ii) preparación: trituración y clasificación, (iii) calcinación dolomita cruda, (iv) hidratación para dolomita hidratada si requerido, (v) sinterización para uso refractario, (vi) transferencia, almacenaje, manipulación. No todos necesarios en cada planta.

Tres tipos productos dolomita en hierro/acero: (i) cruda, (ii) calcinada, (iii) sinterizada. Procesamiento para cada descrito abajo.

Trituración y cribado en mina

Mineral extraído triturado y cribado para separación fracciones tamaño. En planta, dolomita cruda procesada adicionalmente. Ej.: planta sinter: dolomita cruda triturada molinos martillo –3 mm (85–90 %).

Calcinación de dolomita

Tratamiento térmico para descomposición térmica dolomita cruda y eliminación LOI/CO₂. Reacción endotérmica estado sólido. Dolomita alta calidad: 40–43 % MgCO₃, 57–60 % CaCO₃. ~2 t dolomita cruda → 1 t dolomita calcinada. Al eliminarse CO₂, dolomita calcinada: (i) porosa, (ii) mayor área superficial, (iii) alta reactividad, (iv) higroscópica.

Al calentar dolomita cruda, carbonatos se descomponen:

CaCO₃·MgCO₃ + ~725 kcal calor = CaO·MgO + 2 CO₂

Calcinación: proceso simple una etapa en horno shaft o rotativo. Dolomita cruda cargada, progresando se descompone en dos pasos. Paso 1: CO₂ libera de componente MgCO₃. Paso 2: CO₂ libera de componente CaCO₃. Temperatura descomposición depende presión parcial CO₂ atmósfera proceso.

Descomposición en dos etapas:

• Etapa 1: CaCO₃·MgCO₃ = CaCO₃·MgO + CO₂ (550–700 °C)
• Etapa 2: CaCO₃·MgO = CaO·MgO + CO₂ (810–900 °C)

Explicación con pieza parcialmente descompuesta (Fig 2): núcleo carbonatado denso rodeado capa porosa. En horno Tgas, calor radiación/convección (h) a superficie Tsurface. Conducción (A) atraviesa capa óxido a frente reacción Trc. Entalpía reacción >> energía interna → calor a núcleo despreciable. Temperatura núcleo ligeramente inferior frente. Calor suministrado → constante reacción (k) fuerza impulsora desviación presión parcial CO₂ equilibrio (p-eq – p-f). CO₂ liberado difunde (Dp) capa porosa a superficie, convección (B) a entorno p-superficie. Propiedades dolomita calcinada influenciadas por calcinación, que depende conductividad, coeficiente transferencia masa, difusividad capa.

Para calcinación completa sin núcleo residual, calor superficie debe penetrar por conducción al núcleo. 900 °C en núcleo al menos breve (atmósfera interna CO₂ puro). Superficie >900 °C para gradiente y vencer efecto aislante capa calcinada. Pero produciendo dolomita calcinada, superficie no debe exceder 1100–1150 °C o recristalización CaO → menor reactividad y peores propiedades apagado.

Tiempo retención requerido para transferir calor gases combustión a superficie y superficie a núcleo. Piezas mayores → más tiempo. Mayor temperatura reduce tiempo, pero demasiado alta afecta reactividad. Relación temperatura-tiempo para tamaños en Tabla 1.

Tabla 1 Relación temperatura calcinación - tiempo residencia (dolomita)
Nº	Tamaño dolomita cruda (mm)	Temp. calcinación (°C)	Tiempo residencia aprox. (h)
1	50	1000	2,2
		1200	0,75
2	100	1000	8,5
		1200	3

Tipos de hornos para calcinación

Hornos rotativos (con/sin precalentador): dolomita cruda 10–50 mm. Balance calor: pérdidas gases escape ~25 %, carcasa ~20 %. Solo ~60 % energía combustible usada para calcinación (con precalentador).

Shaft verticales simples: desequilibrio calor zona calcinación vs precalentamiento. Gases residuales >100 °C incluso ideal. Hornos regenerativos flujo paralelo (PFR): mejor utilización calor zona calcinación, minimización pérdidas → menor consumo calor/t dolomita calcinada.

Comparación hornos calcinación dolomita

Tabla 2 Comparación tipos hornos calcinación dolomita
Tipo horno	Capacidad (tpd)	Tamaño caliza (mm)	Cons. comb. esp. (kcal/kg)	Cons. eléc. esp. (kWh/t)
Horno PFR rectangular	100–400	30–120	810–870	~20
Horno PFR circular	300–800	30–160	810–870	~20
Horno shaft anular	200–600	15–200	910–980	~30
Horno shaft simple	50–300	10–100	980–1100	~35
Horno rotativo con precalentador	300–1200	10–50	1150–1350	~30
Horno rotativo largo sin precalentador	300–1000	10–50	1600–1700	~20

Sinterización de dolomita

Tercer procesamiento: sinterización (también tostado dolomita cruda). Dolomita sinterizada para productos refractarios. Conocida como dolomita muerta quemada (*dead burned dolomita*), calentando dolomita cruda >1650 °C, preferiblemente >1800 °C. Objetivo: máxima densidad bulk específica y alta resistencia hidratación.

Proceso común: una etapa en horno shaft o rotativo. Dolomita cruda cargada, descompuesta en dos pasos (MgCO₃ ~550 °C, CaCO₃ ~810 °C). Tras calcinación completa, calentada a temperatura sinterización. Porosidad material ya calcinado reduce → densidad bulk específica aumenta → vital para refractarios. Parámetros típicos Tabla 3.

Tabla 3 Parámetros típicos sinterización dolomita
Nº	Parámetro	Unidad	Horno vertical alta temp.	Horno rotativo
1	Energía térmica	kcal/kg	~1200	~2400
2	Energía eléctrica	kWh/t	~65	~65
3	Tamaño alimentación materia prima	mm	10–50	5–50

Desempeño sinterización depende fuertemente de sinterabilidad dolomita cruda, afectada por: composición química, pureza, homogeneidad, origen, génesis, porosidad, estructura cristalina. Combustible (cenizas combustible sólido) influye significativamente calidad final. Dolomita alta pureza: calidad satisfactoria a menudo solo con combustibles sólidos con impurezas actuando como "ayudas sinterización". Características cruda pueden afectar negativamente: densidad bulk baja/inhomogénea o pobre resistencia hidratación. Uno de estos parámetros puede restringir aplicación industria refractaria, especialmente ladrillos refractarios alta calidad. Casi imposible corregir con operación horno modificada.

Horno shaft vertical para sinterización usa briquetas dolomita calcinada como alimentación. Funciona contra-corriente: carcasa cilíndrica acero ~10 m altura, revestida refractarios básicos. Briquetas entran por tolva alimentación cima. Pasando zona precalentamiento sección superior, briquetas calentadas temperatura ambiente cerca sinterización por contacto intensivo gases calientes ascendentes.

Shaft simple diseñable para temperaturas >2000 °C con menor consumo calor específico sinterización dolomita para refractarios básicos. Logrado por: (i) principio contra-corriente, (ii) sistema multi-quemador radial específico, (iii) mesa descarga operación continua, (iv) sistema enfriamiento producto integrado zona descarga.

Horno vertical alta temperatura satisface criterios calidad cumpliendo requisitos duros bajos costes producción. Concepto horno operación estable incluso capacidad reducida. Diseño compacto → rendimiento fiable, operación continua suave. Tiempo retención corto + exposición óptima atmósfera horno → dimensiones pequeñas comparadas con altas tasas producción específica. Parámetros operación y perfil temperatura definidos ajustables → alta flexibilidad. Combinado con bajo consumo calor específico y bajos costes operación/inversión.

Aplicación dolomita en procesos hierro/acero

Producción hierro ruta horno alto (BF)

Dolomita añadida en sinterización o alimentación directa BF. Dolomita cruda normalmente usada. Adición para obtener % MgO deseado en escoria BF. Vía sinter preferida: CO₂ dolomita expulsado durante sinterización. Sinterización: dolomita triturada –3 mm (85–90 %) molinos martillo antes mezclar en mezcla sinter. Alimentación directa BF: dolomita en bruto (*lump*) 10–30 mm.

Vía sinter, hoy dolomita calcinada también usada directamente. Ventajas dolomita calcinada en sinter: (i) Mejora características aglutinante mezcla sinter, (ii) mejora productividad máquina sinter, (iii) mejora resistencia sinter, (iv) reducción volumen gases escape con ventajas asociadas.

Alto SiO₂ en dolomita para sinter preferido: SiO₂ contrarresta Al₂O₃ en horno alto.

Producción DRI proceso horno rotativo

Dolomita usada como agente desulfurizante. Dolomita cruda tamaño 4–8 mm.

Acería

Segundo uso mayor. Dolomita usada como fundente y material refractario. Para acería, SiO₂ (ácido) muy bajo, preferiblemente <1 %. Como fundente: forma calcinada. Doble papel: (1) fuente algo CaO → reduce consumo cal viva. (2) Papel más importante: proteger revestimiento magnesia-carbono (*MgO-C*) recipiente acería. Logrado haciendo escoria sobresaturada en MgO a temperatura acería.

Hoy tecnología *slag splashing* (salpicado escoria) usada extensamente para aumentar vida revestimiento convertidor BOF. Dolomita calcinada añadida a escoria líquida retenida para salpicar en BOF. Aumenta viscosidad escoria → mejores propiedades adherencia y mayor refractariedad.

Dolomita calcinada cada vez más usada como parte escorias sintéticas añadidas durante metalurgia cucharón. Para proteger revestimiento cucharón, especialmente línea escoria.

Como material refractario: forma dolomita sinterizada. Sinterizada para producción ladrillos dolomita alquitrán, impregnados brea, resina dolomita para revestimiento BOF, AOD (descarburación argón-oxígeno), y en menor medida horno arco eléctrico. También revestimiento cucharas acería.

Refractarios monolíticos base dolomita (mezclas *gunning*) usados para mantenimiento refractarios hornos acería. *Gunning* en áreas alto desgaste. También forman hogar y márgenes EAF, mantenidos regularmente. Mantenimiento a menudo con dolomita sinterizada alta hierro, aplicada frecuentemente entre cargas con máquina giratoria. Máquina bajada a horno aplica varias toneladas material relleno en minutos entre cargas. Solución rápida, bajo coste, usada especialmente donde desgaste refractario rápido.