1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
ANTONIO JOSÉ DE SUCRE
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA
CENTRO DE PROCESOS SIDERÚRGICOS “EMILIO QUERO”
Ciudad Guayana, Mayo de 2016
FACTIBILIDAD DEL USO DE COQUE VERDE DE
PETRÓLEO PARA LA REDUCCIÓN DE FINOS DE
MINERAL DE HIERRO DE ALTO FÓSFORO
Autores: .
Ing. César Romero
Msc. Emilio Bravo
Msc. Yris Gómez
Dr. Jesús López

2. CONTENIDO
 INTRODUCCIÓN
 MARCO METODOLÓGICO
 RESULTADOS
 CONCLUSIONES
 RECOMENDACIONES

3. INTRODUCCIÓN
Planteamiento del problema, objetivos de la
investigación

4. Cerca del 50% de las reservas de mineral de hierro de alto tenor
de Venezuela exceden el porcentaje máximo de fósforo aceptado en
el mercado, C.S.V Ferrominera está desarrollando una técnica de
reducción directa capaz de hacer uso de este mineral.
Alrededor del 75% de las reservas de petróleo del país se
pueden clasificar como crudo pesado y extra pesado, su proceso de
refinamiento genera un subproducto conocido como coque de
petróleo.
El uso limitado de este producto y el aumento del volumen de
crudo pesado refinado actualmente han ocasionado la acumulación
de coque verde de petróleo en los patios de las refinerías.
En este sentido se plantea la siguiente investigación, donde se
evalúa el efecto de distintas variables en la reducción de mineral de
hierro de alto fósforo utilizando coque verde de petróleo como
agente reductor.

5. Estudiar la factibilidad del uso de coque verde de petróleo para
la reducción de finos de mineral de hierro de alto fósforo
Objetivos Específicos
Determinar las condiciones termodinámicas que permitan la
reducción de mineral de hierro de alto fósforo con coque de
petróleo.
Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral
de hierro y coque verde de petróleo a utilizar.
Evaluar mediante ensayos de reducción a escala de laboratorio
el efecto de la temperatura, el tiempo de reducción y la proporción
de agente reductor en el grado de metalización del producto.
Determinar las condiciones óptimas de tiempo, temperatura y
proporción de agente reductor que reporten el mayor grado de
metalización del producto.
Objetivo General

6. MARCO METODOLÓGICO
Procedimiento de recolección de datos

7. Se determinó que la siguiente reacción define el paso detonante
del proceso :
Definir las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de mineral de
hierro con coque verde de petróleo
Se calculó la constante Keq en el rango de 25 a 1100 ºC, basado
en la definición de la energía libre de Gibbs:
2𝐹𝑒2 𝑂3 + 3𝐶 = 4𝐹𝑒 + 3𝐶𝑂2
∆𝐺° = ∆𝐻° − 𝑇∆𝑆°
∆𝐺° = −𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞
Mecanismo de reducción sólido-sólido:
Fuente: “Estudo da cinética de
autorredução dos óxidos de ferro: modelamento
analítico e avaliações associadas”. Felipe Dos
santos (2013)

8. Selección de la muestra de estudio.
El mineral fue tomado de la pila 07 PHD0115, del patio de fino y
grueso de Ferrominera.
La muestra de coque verde de petróleo, procede del Complejo
Petroquímico G/D José Antonio Anzoátegui, la cual fue suministrada
por C.V.G. Carbonorca.
Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral de hierro y
coque verde de petróleo a utilizar en los ensayos de reducción.
Caracterización de la muestra
El mineral fue analizado por vía húmeda en busca de los
siguientes compuestos: FeT, SiO2, P, Al2O3, MnO, CaO, MgO y PPC.
El coque se sometió a análisis inmediatos, y análisis elementales
para la determinación del contenido de azufre.

9. Separación de las muestras para ensayos
Fue necesario calcular la cantidad de hematita y carbono
consumidos estequiometricamente según la reacción:
2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
Asumiendo que el mineral es 100% hematítico, la cantidad de
este a cargar se determina:
Pesomineral =
grFe2O3
%Fetotal
∗
112grFe
160grFe2O3
∗ 100
Por otro lado, la cantidad de coque verde de petróleo se calcula
en base al porcentaje de carbono fijo como sigue:
Pesocoque =
grCarbon
%Carbon fijocoque
∗ 100
La granulometría utilizada fue de +45µm a -150µm tanto para el
mineral como para el coque.

10. A continuación las características de las muestras utilizadas para
cada ensayo:
En la prueba 1 se utilizó la
proporción estequiométrica y para las
pruebas 2 y 3, el doble y triple de
coque respectivamente.
La prueba 4 es la comprobación
del efecto de la temperatura, donde se
evalúa la reducción a 950 ºC.
El resto de pruebas muestran el
desarrollo de la reducción entre 0 y 60
minutos.
# Prop Temp Tiemp P Mineral P Coque
1 89/11 1000 20 150.02 18.95
2 80/20 1000 20 150.03 37.84
3 73/27 1000 20 152.92 56.52
4 73/27 950 20 150.09 56.75
5 73/27 1000 0 150.07 56.82
6 73/27 1000 5 150.48 56.77
7 73/27 1000 10 150.91 56.18
8 73/27 1000 15 150.03 56.75
9 73/27 1000 60 175.11 66.20
10 73/27 1000 13 150.07 57.04
11 73/27 1000 18 150.01 56.72
12 73/27 1000 25 150.16 56.71
Evaluar mediante ensayos de reducción el efecto de la temperatura, el tiempo de
reducción y la proporción de agente reductor en la metalización.

11. Procedimiento seguido para realizar las pruebas de reducción:
• Se homogeniza manualmente el mineral y el coque verde de
petróleo y se carga al reactor de reducción.
• Este es introducido en un horno de resistencia eléctrica
especialmente adaptado para el ensayo.
• Se pasa un flujo mínimo de nitrógeno
durante los primeros 5 minutos.
• Alcanzados 950 ºC y hasta el final del
ensayo se pasa un flujo de nitrógeno a
través del reactor.
• Terminado el tiempo de
ensayo se enfría rápidamente
el reactor y se saca la muestra
a temperatura ambiente

12. RESULTADOS
Presentación de los resultados, análisis de la información

13. Definición de las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de
mineral de hierro con coque verde de petróleo.
Por encima de 600 ºC el ∆𝐺°
se hace negativo, lo que indica que
la reacción es espontánea en el sentido planteado.
-2.5E+05
-1.5E+05
-5.0E+04
5.0E+04
1.5E+05
2.5E+05
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura (°C)
ΔG°

14. La constante de equilibrio de reacción indica en qué medida se
han formado los productos y consumido los reactivos.
0.0E+00
1.5E+08
3.0E+08
4.5E+08
6.0E+08
700 750 800 850 900 950 1000 1050
Temperatura (°C)
Keq

15. Análisis químico del mineral:
FERRO-4378 REV. 30/11/11
Nº %FeT %SiO2 %Al2O3 %P %MnO %TiO2 %CaO %MgO %PPC
1 63.98 1.23 0.94 0.100 0.104 0.115 0.015 0.028 6.10
2 64.07 1.07 0.77 0.102 0.329 0.077 0.015 0.014 6.11
3 64.14 1.28 0.82 0.107 0.097 0.078 0.014 0.000 6.10
4 64.12 1.41 0.71 0.103 0.111 0.066 0.015 0.010 6.00
5 64.23 1.14 0.75 0.101 0.174 0.072 0.011 0.007 6.00
ANÁLISIS QUÍMICO DE MUESTRAS ESPECIALES
MUESTRA
12-06-2015 T2 FINO MINERAL
PASANTE (1)
12-06-2015 T2 FINO MINERAL
PASANTE (4)
12-06-2015 T2 FINO MINERAL
PASANTE ( 7)
12-06-2015 T2 FINO MINERAL
PASANTE (10)
12-06-2015 T2 FINO MINERAL
PASANTE (13)
Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral de hierro y
coque verde de petróleo a utilizar en los ensayos de reducción.
Posee un promedio de 64.11% de hierro total y un contenido
promedio de fósforo de 0.103%.

16. Propiedad Valor promedio
% Azufre 4.41
% Carbono Fijo 81.78
% H2O 0.95
% Materia Volátil 12.90
% Cenizas 4.38
Análisis químico del coque verde de petróleo:

17. Efecto de la proporción de coque añadida a la carga:
29.22
54.03
94.4
4.14
9.68
17.90
0
20
40
60
80
100
0
25
50
75
100
125
150
89/11 80/20 73/27
Porcentaje
Peso(gr)
Proporción en peso Mineral/Coque
Mineral Coque % Metalizacion %C
La muestra número 1 corresponde a la proporción
estequiométrica, para las muestras 2 y 3 ésta se aumentó a 2 y 3
veces. El resto de condiciones se mantuvieron inalteradas.

18. El carbono en exceso cambia la presentación del producto
obtenido luego del ensayo:
(a) (b)
La figura “a” muestra el producto completamente sinterizado,
obtenido de la prueba número 1.
La figura “b” corresponde a la prueba número 2, el material
sinteriza en gran parte.

19. La muestra 3 permanece casi en su totalidad en forma de finos,
con presencia de pequeñas partículas sinterizadas.
El mayor contenido de carbón en la muestra permite una
reducción más completa y retrasa la fusión de la misma evitándose la
sinterización.

20. Efecto de la temperatura en el grado de metalización:
94.40
48.35
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20
%metalización
Tiempo de Reducción (min)
1000°C
950°C
Se obtuvo una metalización de 94,4% para la muestra de 1000
ºC y 48.4% para la muestra de 950 ºC.

21. Volviendo a la curva de la constante de equilibrio de reacción.
0.0E+00
1.5E+08
3.0E+08
4.5E+08
6.0E+08
700 750 800 850 900 950 1000 1050
Temperatura (°C)
Keq

22. 70.47
81.81
99.20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
%Metalización
Tiempo (min)
Curva experimental
13 min
18 min
25 min
Efecto del tiempo de reducción:
Para un tiempo de 0 minutos la muestra presenta una
metalización de 35%. Entre 0 y 15 minutos la reducción se lleva a
cabo rápidamente, la velocidad disminuye entre 15 y 20 minutos y
sobre 20 minutos el avance de la reducción es poco significativo.

23. Alrededor de 750 ºC los gases expulsados del reactor son
combustibles, capaces de mantener encendida una llama.

24. CONCLUSIONES

25. La reacción es espontánea por encima de 600 ºC. Sin embargo,
la temperatura mínima a emplear es de 1000 ºC.
El mineral utilizado es de alto tenor de hierro, con elevado
contenido de fósforo. El coque posee una composición típica de
coque obtenido por coquizado retardado.
El aumento de temperatura está directamente relacionado con
el grado de metalización del mineral.
Una mayor proporción de coque verde de petróleo no solo
favorece la reducción, sino que también actúa como barrera evitando
la sinterización del mineral.
El mayor avance de la reacción se aprecia durante los primeros
15 minutos, comienza a disminuir entre 15 y 20 minutos y se hace
casi nulo para tiempos superiores.
Es factible la reducción de finos de mineral de hierro de alto
fósforo con coque verde de petróleo bajo las siguientes condiciones:
Al menos 1000 ºC, durante 20 minutos, con una proporción de 75-
25% en peso de hematita y carbono.

26. RECOMENDACIONES

27. • Diseñar un montaje que permita el movimiento de la carga
durante el ensayo.
• Evaluar el efecto de distintas granulometrías, tanto de mineral
como de coque.
• Evaluar distintos tipos de coque verde de petróleo.
• Caracterizar los gases de salida del reactor.

28. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN