Estudio preliminar de la metalurgia extractiva de Ti a partir de arenas titaníferas mediante lixiviación ácida y cloración

MAURE FABIAN; RODRIGUEZ MARIO H.; ROSALES GUSTAVO DANIEL; TUNEZ FERNANDO

Rosario

Congreso; Congreso Binacional SAM/CONAMET 2011; 2011

Instituto de Física Rosario IFIR- CONICET-UNR, la Facultad de Cs Exactas, Ingeniería y Agrimensura de Rosario FCEIA-UNR y la Universidad Tecnológica Nacional Regional San Nicolás FRSN-UTN

El titanio es un metal extremadamente útil, debido a que combina sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia con la propiedad de ser biocompatible. Además, este metal es componente del instrumental quirúrgico, como por ejemplo bisturís, tijeras, etc. El titanio no se encuentra libre en la naturaleza; los minerales que poseen una mayor concentración de este metal son el rutilo (TiO2) y la ilmenita (FeOTiO2), además de la anatasa y la brookita (ambas son también TiO2). Luego, como depósitos con menor contenido, se encuentran las arenas titaníferas. Para obtener titanio puro a partir de los minerales que lo contienen, generalmente se utiliza el llamado Método de Kroll; como así también, el procesamiento del mineral ilmenita con H2SO4 concentrado, en recipiente cerrado a 170-200ºC, obteniéndose un precipitado de TiO2 deshidratado relativamente puro. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio preliminar sobre la influencia que ejercen las diferentes variables operativas sobre la disolución en medio ácido y sobre la cloración de arenas titaníferas. Estos resultados serán utilizados posteriormente para evaluar si estas metodologías son viables como alternativa para la recuperación de titanio a partir de fuentes secundarias que lo contienen y así aprovechar estos recursos naturales de baja ley.Las arenas titaníferas utilizadas en este trabajo fueron extraídas de la Bahía de San Blas, situada en la localidad de Bahía Blanca en la Provincia de Buenos Aires, Argentina. El contenido de titanio que poseen estas muestras es del 4%, determinado mediante fluorescencia de rayos X (FRX).La caracterización de los residuos obtenidos se realizó usando las técnicas de DRX, SEM y EDS. La metodología de lixiviación ácida aplicada al mineral se realizó en un reactor Parr, construido en aleación Monel, de 450 ml de capacidad, provisto de agitación electromagnética, un manto calefactor y una unidad de control. Las variables operativas estudiadas fueron:a) Lixiviación en medio ácido: diferentes medios lixiviantes; temperatura; velocidad de agitación y tiempo de reacción. El tamaño de partícula fue -297 +105 micras para todos los ensayos y los agentes lixiviantes utilizados fueron: HF; H2C2O4; H2SO4; HF-H2C2O4 y HF-H2SO4. Los resultados muestran que la extensión de la disolución varía según el agente lixiviante ensayado. Las mayores disoluciones se logran trabajando con HF y con una mezcla de HF-H2SO4. Además, con el aumento de la temperatura y del tiempo de reacción también lo hace la disolución de las arenas, para los dos medios lixiviantes estudiados. b) Cloración: temperatura, entre 400 y 1000ºC; presencia carbón-mineral en la muestra. El tamaño de partícula utilizado fue -297 +105 m. El seguimiento de las reacciones se realizó mediante termogravimetría de lectura continua; para ello, se utilizó un equipo experimental apto para trabajar en atmósferas corrosivas [3]. En la cloración de arenas titaníferas a distintas temperaturas con cloro puro, se puede observar que la reacción transcurre a una velocidad apreciable a partir de 700ºC, evidenciando también que al inicio de la reacción hay un incremento en la masa, lo cual indica que el proceso de cloración comienza por una absorción de cloro sobre la muestra. Luego, hay una disminución de la masa y la velocidad de reacción aumenta con el aumento de la temperatura. Entre 900 y 1000ºC se observa una mayor concentración de titanio en el residuo, determinada por FRX, y su correlación con dichos termogramas, lo cual indica que los incrementos en la concentración de titanio en el residuo se deben a la extracción del hierro, presente en la muestra.Una alternativa a este proceso pirometalúrgico, es el sistema gas Cl2-arenas titaníferas-carbón, llamada carbocloración, cuyos termogramas muestran claramente dos zonas en las que se pueden distinguirse distintas velocidades de reacción; primero, una zona de alta velocidad de reacción, seguida de una de baja velocidad; Este fenómeno ha sido observado en sistemas similares [4] y es atribuido a la presencia de la especie Cl activo formada a partir de Cl2 sobre la superficie del carbón. También se evidencia que, si bien a 400ºC el avance de la reacción es muy escaso, la extracción de Ti es buena y, a 450ºC, se logra la extracción más selectiva de Ti; por encima de esta temperatura dicha extracción se vuelve menos selectiva. Esto se debe a que, a altas temperaturas, hay una mayor pérdida de masa en función del incremento de dicha temperatura debido a la extracción de otros componentes del mineral, lo que conduce a una disminución en la selectividad de la reacción. Este efecto es más marcado a medida que incrementa la temperatura. Los resultados obtenidos muestran que: un medio lixiviante compuesto por HF o por una mezcla de H2SO4-HF produce altas disoluciones de las arenas titaníferas en las condiciones investigadas, la lixiviación a presión de las arenas titaníferas con una mezcla de H2SO4 (10%v/v)-HF (15% v/v) permite la disolución en una extensión mayor al 80% del sólido, a una temperatura de 123ºC y en un tiempo de reacción de 80 minutos; la velocidad de las reacciones de cloración y de carbocloración se incrementa con el aumento de la temperatura; la carbocloración posee una temperatura de reacción menor que la de cloración; La cloración permite la concentración de Ti en el residuo, trabajando a temperaturas superiores