Perspectivas de Mercado Ferrosiderúrgico

Este incremento del suministro de la oferta del mineral, se prevé por el incremento de producción y de inventarios por parte de Brasil, India y potencialmente Rusia y Ucrania. Adicionalmente, el suministro de chatarra ferrosa se estima que aumente, a la par de mayor producción de acero en hornos de arco eléctrico en lugar de altos hornos, dificultando el crecimiento en el consumo de mineral de hierro. Estas dos tendencias deberían contribuir a la debilidad del precio del mineral de hierro para el segundo semestre del año 2023.

La última vez que los precios del mineral de hierro bajaron hasta los 90 USD/TM fue brevemente en octubre y noviembre del año 2022, antes del inicio del último rally de recuperación.

Cada 10 de abril se celebra el Día Mundial de la Ciencia y la Tecnología para destacar la importancia que el desarrollo de la ciencia, el conocimiento científico y la labor investigadora tienen en nuestra sociedad.

El Día Mundial de la Ciencia y la Tecnología se celebra cada 10 de abril y fue establecido en 1982 por la Conferencia General de la Unesco en honor al nacimiento del Dr. Bernardo Houssay (1887), médico y farmacéutico.

Houssay fue el primer argentino y latinoamericano en ser galardonado con el Premio Nobel de Medicina en 1947 por sus investigaciones en Fisiología y Medicina, concretamente sobre el rol de la hipófisis o glándula pituitaria en la regulación de la cantidad de azúcar en sangre a través del metabolismo de los hidratos de carbono.

Houssay formó a quienes serían destacados científicos, entre ellos a Leloir. Creó el CONICET en 1958 y fue su primer presidente. En 1972, la Organización de Estados Americanos creó el Premio Houssay para galardonar a los mejores investigadores científicos de nuestro continente.

Los descubrimientos de Houssay continúan siendo un ejemplo para los investigadores de todo el mundo para seguir trabajando en el avance de la ciencia, como medio para mejorar la calidad de vida de todos los seres humanos.

Los avances en la tecnología ayudan a prolongar la vida de los enfermos, ya que aceleran la detección de cualquier tipo de enfermedad y a encontrar curas más rápidas. Los equipos que se utilizan son cada vez más completos y permiten que las intervenciones sean menos riesgosas y dolorosas, esto nos muestra que la atención al paciente ha mejorado con el avance de las tecnologías.

En esta sección presentamoslosdesarrollos, innovaciones e investigaciones know how plasmadosenpapel,tanto delostrabajadoresdeCVG Ferrominera Orinoco, C.A. como de las empresas hermanas de la Corporación Venezolana de Guayana e institutos académicos en pro de las mejoras de los procesos operativos y administrativos delaindustriadelhierroyel acero.

FENÓMENO DE LICUEFACCIÓN EN ULTRAFINOS DE MINERAL DE HIERRO Y SUBPRODUCTOS DE PLANTAS DE REDUCCIÓN DIRECTA.

REVISTA MUNDO FERROSIDERÚRGICO | AÑO XII | NÚMERO 46 | ABRIL 2023

Artículo de Investigación:

Ing. Silva Taly Geniexer1, M.Sc Núñez Ernesto 2, Ing. Ramírez Luis 3

1 Ingeniero Metalúrgico, Tesista Universidad Experimental Politécnica. Antonio José de Sucre. Vicerrectorado de Puerto OrdazVenezuela. 2 Magister en Ingeniería Metalúrgica, Superintendente General de Investigación y Desarrollo – Orinoco Iron, S.C.S. Puerto Ordaz -Venezuela. 3 Ingeniero de Investigación Geometalúrgica - Orinoco Iron, S.C.S. Puerto Ordaz-Venezuela.

Email: ernestonunezav@gmail.com

Fecha recibida: 27/01/2023 Fecha aprobado: 02/02/2023

Correspondencia:

Gerencia Centro de Investigación y Gestión del Conocimiento CVG Ferrominera Orinoco, C.A. Ciudad Guayana, Estado Bolívar, Venezuela

Resumen Existen muchos riesgos involucrados en el transporte de cargas de minerales a granel, uno es la licuefacción. Esta investigación tiene como objetivo; el estudio del fenómeno de licuefacción en ultrafinos, mineral de hierro y subproductos de Plantas de Reducción Directa, con el fin de generar recomendaciones; para garantizar un transporte marítimo seguro. En el logro de este; se consideraron las características químicas, físicas y granulométricas de los materiales, primeramente definiendo los tamaños de partículas de las muestras, determinación del contenido de humedad, así como también; la característica litológica en ultrafinos de mineral de hierro. Posteriormente se realizó; el cálculo del límite de humedad admisible a efectos de transporte (TML por sus siglas en inglés), mediante uno de los métodos recomendado por la Organización Marítima Internacional (OMI), obteniéndose los siguientes resultados para los Finos Reducidos (Finos 1), Lodos de Piscina de Sedimentación (Finos 4) y ultrafinos de Mineral de Hierro: 11,10 %, 12,08 % y 9,08 % respectivamente. En conclusión, se confirmó lo expuesto teóricamente en cuanto a la influencia de la granulometría (fracción fina) en el fenómeno de licuefacción de estos materiales, lo que permitió comprobar el efecto de la sufusión en la licuefacción y del contenido de goethita en los ultrafinos.

Palabras claves Licuefacción, TML, Reducción Directa, Mineral de Hierro.

Abstract - There are many risks involved in shipping bulk minerals cargoes, one of which is liquefaction. This work shows an investigation that had as objective the study of the phenomenon of liquefaction in ultrafine iron ore and by-products of direct reduction Plant, in order to generate recommendations to guarantee safe maritime transportation. To achieve this, the chemical, the physical and the granulometric characteristics of the materials were considered, firstly defining the particle sizes of the samples, their moisture content was also determined, as well as their lithological characteristics to the ultrafine iron ore. Subsequently, the TML was determined using one of the methods recommended by the IMO, with the following results for Reduced Fines (Fines 1), Sedimentation Pool Sludge (Fines 4) and Ultrafine Iron Ore: 11.10 %, 12.08 % and 9.08 % respectively. In conclusion, what was theoretically stated regarding the influence of granulometry (fine fraction) on the liquefaction phenomenon of these materials was confirmed, the effect of suffusion on liquefaction and the goethite content in ultrafine materials could be verified.

Keywords- Liquefaction, TML, Direct Reduction, Iron Ore.

El transporte marítimo de cargas de Finos de Mineral de Hierro (IOF por sus siglas en inglés - Iron Ore Fines), ha demostrado tener un alto nivel de riesgo y la estabilidad de la carga juega un papel vital. En las últimas décadas, muchos barcos que transportaban finos han escorado, lo que ha provocado importantes pérdidas de vidas, así como pérdidas financieras y económicas [1][2]. La causa principal de estos accidentes marítimos se ha atribuido a la licuefacción de la carga, provocando su movimiento en la bodega y ocasionando inestabilidad en el barco. Otros métodos de falla, incluyen por flujo y por estabilidad en taludes de las cargas, así como daños estructurales causados por sobre-esfuerzos, se han explorado como posibles causas de algunos accidentes marítimos recientes, lo que reitera la necesidad de comprender los riesgos de transportar los Finos de Mineral de Hierro (IOF) [3].

Hay muchos riesgos involucrados en el transporte de cargas de minerales a granel, uno de estos es la licuefacción. Su acción es un fenómeno de transformación de material granular de estado sólido a estado fluido por cambios en la presión intersticial dentro del material, lo que resulta en una pérdida de tensión efectiva cuando se somete a cargas monótonas, cíclicas o de choque [4].

En el contexto de la licuefacción de una carga a granel, este término se refiere al proceso en donde un material de carga de apariencia relativamente seca en estado sólido experimenta un cambio repentino en sus características físicas a un estado fluido viscoso en respuesta a la vibración y el movimiento del barco en el mar. Las cargas que son susceptibles a la licuefacción son aquellas que se cargan a bordo en forma suelta y sin compactar, compuestas de partículas finas y con suficiente humedad depositada entre los poros intergranulares.

En presencia de una carga dinámica en el mar, el material suelto a bordo de la embarcación tiende a compactarse, dando como resultado una disminución de los espacios intergranulares y un aumento de la presión del agua en los espacios porosos. Después de la compactación, el aumento de la presión del agua en los espacios porosos intergranulares reduce la fricción (presión de contacto intergranular) entre las partículas. En consecuencia, la resistencia al corte del material de la carga se deteriora o se pierde y la carga se comporta como un fluido viscoso [5].

Por consiguiente, se planteó realizar un estudio del fenómeno de licuefacción en ultrafinos de mineral de hierro y subproductos de un proceso de reducción directa; con el fin de validar como los finos y la humedad afectan las cargas de buques cuando estas son transportadas, igualmente evaluar a través de ensayos granulométricos el efecto de finos en los límites de humedad transportables. Para este estudio experimental, se aplicaron técnicas de determinación del punto de licuefacción de humedad, técnicas de caracterización química, densidad a granel y litológica.

En una planta de reducción, como todo proceso industrial que crea un producto primario, también se pueden conseguir productos secundarios o subproductos, entre ellos se pueden encontrar finos reducidos, lodos de piscina, virutas de briquetas y al procesar mineral de hierro se generan ultrafinos, que son comercializados y transportados marítimamente.

El transporte marítimo internacional representa alrededor del 90 % del comercio mundial. El transporte marítimo de cargas sólidas a granel constituye la mayor parte del comercio marítimo total (43,5 %). De los materiales a granel secos, el carbón y el mineral de hierro representan la mayor proporción, contribuyendo aproximadamente al 60 % de las toneladas totales de sólidos a granel transportados anualmente [6].

Una carga sólida a granel es cualquier carga, no líquida ni gaseosa, constituida por una combinación de partículas, gránulos o trozos más grandes de materias, generalmente con composición homogénea y que se embarca directamente en los espacios de carga del buque sin utilizar para ello ningún elemento intermedio de contención [7].

Existen ciertos riesgos involucrados en el transporte de cargas de minerales a granel, uno de ellos es la licuefacción. Durante un viaje, los buques graneleros están sujetos a esfuerzos, provocados tanto por las olas como por el viento, lo que genera movimientos de balanceo y cabeceo ocasionando momentos inducidos en el buque, que se traducen a la carga en la bodega, en forma de esfuerzos cíclicos que pueden causar una serie de diferentes modos de falla, incluida la licuefacción.

Los movimientos de los barcos pueden provocar la migración de partículas de agua, ya que la presión intersticial bajo el esfuerzo cíclico se disipa. La capacidad de migración de la humedad depende en gran medida de la permeabilidad, dado que los finos suelen tener buenas propiedades de drenaje, produciendo la migración de la humedad. Cuando la humedad se expulsa de los espacios vacíos en los finos, las partículas de grano más fino pueden ser transportadas por las fuerzas de filtración, ocasionando el proceso de erosión interna conocido como sufusión [8].

La sufusión, involucra la migración de partículas finas de mineral y de agua a la superficie superior, mediante procesos de erosión interna debido a los esfuerzos cíclicos aplicados, causados por los movimientos del barco. La sufusión que se produce en los cargamentos de minerales durante la navegación y transporte, es similar al proceso de segregación que ocurre en el hormigón húmedo y otros materiales granulares; donde la humedad y las partículas ligeras o más finas se acumulan en la superficie durante los procedimientos de vibración. Como ejemplo se muestra el cambio resultante en la relación de fase del suelo después de la sufusión en un lugar determinado de la masa, ilustrado en la Figura 1. [8].

FENÓMENO DE LICUEFACCIÓN EN ULTRAFINOS DE MINERAL DE HIERRO Y SUBPRODUCTOS DE PLANTAS DE REDUCCIÓN DIRECTA.

En ensayos realizados en muestras de Finos de Mineral de Hierro hematíticos y goethíticos, se pudo determinar que la capacidad de retención de agua del mineral goethítico parece ser más fuerte que la del mineral hematítico, ver gráfica 1 [9]. Al retener más agua el mineral goethítico, por su condición de mayor higroscopicidad, es menos susceptible a la licuefacción.

A. Preparación de muestras sin la separación de fraccionesfinasygruesas

Paso 1. Eliminación de fracciones gruesas y aglomerados: Cribado con mallas de 1/2", 3/8”, 1/4" para separar residuos y aglomerados no deseados.

Paso 2. Una vez cribada la muestra se realizó un cuarteo y homogeneizado, hasta obtener aproximadamente 1 Kg de cada una, para guardar el resto.

Paso 3. Se cuarteó nuevamente para obtener tres porciones de muestras, aproximadamente 200 g c/u para la determinación de humedad, ensayo granulométrico y ensayo de límite de humedad admisible (TML).

Paso 4. Determinación de humedad: La muestra húmeda (P1), se pesó y secó en una estufa por un periodo de 5 horas a una temperatura de 105 ºC ± 5, pasando nuevamente el pesado (P2) y aplicando la formula correspondiente,determinando la humedad.

% Humedad = [(P1 - P2)/ P1]*100 (1)

En esta investigación, la unidad de estudio estuvo conformada por muestras de Finos de Mineral de Hierro y subproductos de reducción directa. La tabla I presenta información básica de los materiales en estudio, identificándolos de acuerdo al código IMSBC de la Organización Marítima Internacional (OMI).

Paso 5. Granulometría: Luego de armar una batería de tamices, fueron agregadas las muestras para el cernido en una tamizadora de vaivén mediante golpeteo por 7 min., nuevamente pesando las cantidades retenidas por tamiz y registrando los datos.

Paso 6. Almacenamiento: La tercera porción de muestra obtenida fue almacenada en un envase plástico hermético.

Muestras

Cantidad [kg]

Hierro de Reducción Directa (C) Finos 1 10

Hierro de Reducción Directa (C) Finos 4 10

Ultrafinos de Mineral de Hierro 10

Fuente: Elaboración propia del autor

B. Preparación de muestras con la separación de fraccionesgruesasyfinas.

Para la obtención de las fracciones gruesas y finas, las muestras fueron cuarteadas hasta obtener aproximadamente 1 Kg de cada una, luego armando una batería de tamices, una por encima de 100 MESH y otra inferior; se agregó la muestra para el cernido en una tamizadora de vaivén y golpeteo por 7 min. hasta obtener por separado los gruesos y finos de la muestra.

Para los ultrafinos, se aplicó el mismo procedimiento pero separando a partir de 400 MESH, cumpliendo con los pasos 3, 4 y 6 del procedimiento anterior (A).

C. Realización del ensayo de límite de humedad admisibleaefectosdetransporte(TML)

1. Llenado del molde: El molde fue colocado en el centro del plato de ensayo de fluidización y llenado en tres fases con la porción de la muestra que se encuentra en el recipiente mezclador. La primera porción, una vez comprimida con el apisonador, se llenó el molde hasta aproximadamente un tercio de su altura. La cantidad de muestra, varía de una muestra a otra, aunque puede determinarse fácilmente cuando por experiencia se tenga algún conocimiento de las características de compactación de la muestra objeto de ensayo. En la segunda porción, una vez comprimida con el apisonador, fue llenado el molde hasta aproximadamente dos tercios de su altura. La tercera y última porción, llegó comprimida con el apisonador, a un nivel justo por debajo del borde del molde.

2. Separación del molde: Se procedió a golpear ligeramente el molde por un lado hasta que se desprendió la muestra, quedando en forma de cono truncado en el plato. Ver figura 2

Inmediatamente después de haberse retirado el molde, se hizo ascender y descender el plato de ensayo hasta 50 veces, impartiéndole una variación de altura de 12,5 mm.

Habitualmente, si la humedad de la muestra es inferior a la que tendría en el punto de fluidización, ésta se desmorona y rompe en fragmentos con las sucesivas caídas del plato, tal como se evidencia en la figura 3. En ese momento se detiene el plato de ensayo y vuelve a introducir la muestra en el recipiente mezclador rociándola de 5 a 10 cm3 de agua, o más, de tal modo de mezclar bien con el material. Posteriormente, llenando de nuevo el molde accionamos el plato de ensayo, haciendo que experimente hasta 50 caídas. Si aún no logra el estado de fluidez, repetiremos el proceso con nuevas adiciones de agua hasta alcanzarlo.

3. Identificación del estado de fluidez: El golpeteo del plato hace que los granos se redistribuyan y compacta la masa. Por consiguiente, el volumen fijo de humedad que contiene la materia en cualquier momento dado, aumenta como proporción del volumen total. Se estima que fue alcanzado el estado de fluidez cuando el contenido de humedad y de compactación de la muestra dan un nivel de saturación tal, que se produce la deformación plástica, ver figura 4, ofreciendo un perfil convexo o cóncavo. En la medida que prosigue la acción del plato, la muestra continúa deformándose y ensanchándose.

FENÓMENO DE LICUEFACCIÓN EN ULTRAFINOS DE MINERAL DE HIERRO Y SUBPRODUCTOS DE PLANTAS DE REDUCCIÓN DIRECTA.

evalúa el D80, obteniéndose los siguientes valores:

D80 Finos 1 = 1.537 μm

D80 Finos 4 = 552 μm

D80 Ultrafinos = 134 μm

Se puede considerar a los ultrafinos como el material

Una vez llegado al estado de fluidez, la muestra recolectada del plato es pesada (P1) antes de llevarla a la estufa para secarla durante 5 horas. La muestra seca, vuelve a pesarse (P2) para determinar el porcentaje de humedad.

Al repetirse el ensayo la diferencia entre las humedades obtenidas fue inferior al 0,5 % y se consideró que el punto de fluidización por humedad era la media de ambos.

El límite de humedad admisible a efectos de transporte en la muestra fue 90 % del punto de fluidización por humedad.

A. Límite de humedad admisible para efectos de transporte a muestras de ultrafinos de mineral de hierroysubproductosdereduccióndirecta

En esta investigación fue posible la caracterización física de los subproductos de Planta de Reducción Directa.

La gráfica 2, muestra los resultados obtenidos del análisis granulométrico en cada uno de los materiales evaluados. Para identificar el tamaño de la partícula, se con mayor fineza, seguido de lodos de piscina y de mayor tamaño a los Finos 1. De acuerdo a lo expuesto teóricamente es de esperarse un menor valor de TML para los ultrafinos y un mayor valor de TML para los Finos 1.

Con base en la granulometría, también se puede evaluar si estos materiales califican como Finos de Mineral de Hierro (Iron Ore Fines – IOF), de acuerdo a la ficha del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC) [7]. La ficha menciona que de acuerdo a las disposiciones de esta práctica se aplicarán a los cargamentos de Finos de Mineral de Hierro que contengan:

 10 % o más de partículas finas de menos de 1 mm (D10 ≤ 1 mm).

 50 % o más de partículas de menos de 10 mm (D50 ≤ 10 mm).

No obstante, la disposición anterior de los finos de mineral de hierro, en los que el contenido total de goethita sea del 35 % o más en masa, podrán transportarse de conformidad con la ficha individual para mineral de hierro [7].

 D10 Finos 1 = 0,036 mm (D10 ≤ 1 mm)

• D10 Finos 4 = 0,044 mm (D10 ≤ 1 mm)

• D10 Ultrafinos = 0,040 mm (D10 ≤ 1 mm)

• D50 Finos 1 = 0,235 mm (D50 ≤ 10 mm)

• D50 Finos 4 = 0,185 mm (D50 ≤ 10 mm)

• D50 Ultrafinos = 0,067 mm (D50 ≤ 10 mm)

Estos valores, son obtenidos al hacer la conversión de los datos de la gráfica 2 de micrones a milímetros. De acuerdo a su granulometría, los tres materiales calificarían como finos de mineral de hierro, en cuanto al contenido de goethita se descarta un contenido igual o mayor a 35 % para los Finos 1, en Lodos de Piscina por ser materiales reducidos y utilizados para los ultrafinos, va a depender de cómo se conforme la pila desde la mina, por lo general, el mineral despachado a Orinoco Iron, es alto en contenido de goethita.

Los Finos 1 y Lodos de Piscina son clasificados por el Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC) como Hierro de Reducción Directa (C) (Finos obtenidos como Productos Derivados), debido a su contenido de hierro metálico [7].

En los ultrafinos, debe ser monitoreado su contenido de goethita para ser clasificados como finos de mineral de hierro o mineral de hierro.

Con respecto a la humedad de cada material, esta se muestra en la tabla II, donde resalta los valores en porcentajes (%) de cada uno.

Fuente: Elaboración propia del autor

Se observó una alta variabilidad en las muestras presentes como es el caso del alto contenido de finos, que corresponde a las características de origen del material; en cuanto a la humedad, el mineral de hierro y los finos de reducción directa tienen valores similares, diferenciándose de los lodos de piscina que poseen un mayor contenido, ya que provienen de un proceso de sedimentación. De acuerdo con la teoría, referente a la licuefacción, es de esperarse que con materiales heterogéneos con mayor contenido de finos, tenga un comportamiento más crítico al fenómeno de licuefacción, así como también; afectado por su humedad interna, a mayor fino más es su condición de ser críticos al momento de ser transportados.

Las muestras fueron analizadas químicamente, obteniéndose los siguientes resultados:

Tabla III. Composición química de los subproductos del proceso FINMET

La tabla III, muestra el resultado de los análisis químicos para cada uno de los subproductos evaluados.

Se observa una alta variabilidad en algunas de las especies químicas presentes como es el caso del contenido de hierro total y el contenido de hierro metálico, en comparación a otros parámetros como sílice y alúmina, que para algunas muestras como los Lodos de Piscina y ultrafinos tuvieron contenidos muy similares de sílice.

Debido a que; provienen de procesos distintos y los lodos tienen esta tendencia, por ser una mezcla sedimentada del lavado de gases de arrastre del proceso de reducción y de los gases del proceso de secado de mineral de hierro, a diferencia de los finos 1 de reducción directa, que es un material poroso y reducido.

Para mejor comprensión de los resultados obtenidos, estos subproductos fueron clasificados de la siguiente manera:

 Con base en el contenido de hierro:

- De alto contenido de hierro, están los Finos 1 de reducción directa con un 77,70 %.

- De bajo contenido de hierro, están los lodos de piscina y los ultrafinos de mineral con un 64,35 % y 64,01 % respectivamente.

 Con base en el contenido de hierro metálico:

- De alto contenido de hierro metálico, están los finos 1 de reducción directa con 30,59 %.

- De bajo contenido de hierro metálico, están los lodos de piscina con 4,63 %.

- Los ultrafinos no contienen hierro metálico por ser un material que no ha sido reducido.

Dentro de este orden de ideas, la granulometría y la composición química de estos materiales tienen gran afectación a los límites de humedad transportables. En las gráficas 2, 3 y 4 se observa el comportamiento de los TML con respecto a las muestras; los valores se obtuvieron siguiendo el mismo procedimiento del ensayo de Plato de Fluidización.

En la gráfica 3, se comparan los resultados experimentales de los límites de humedad transportables (TML) de la muestra y de las fracciones gruesas y finas de los Finos 1. Para este material se cumple lo expuesto teóricamente [4] y la fracción fina debe tener un TML inferior a la fracción gruesa.

El menor valor de la muestra de TML general de 11,1007 %, comparada con la fracción fina de 11,6402 %, puede ser explicado por su granulometría, donde se mezclan las dos fracciones y por efecto del proceso de sufusión, la humedad se expulsa de los espacios vacíos y las partículas más finas se transportan por las fuerzas de filtración a la capa superior generando una zona débil cerca de la superficie, con la posibilidad de aumentar el potencial de licuefacción.

La gráfica 4, presenta los resultados de los límites de humedad transportables (TML), para la muestra general y de fracciones gruesas y finas de los lodos de piscina Finos 4.

Se observó que este material tiene un comportamiento similar a las muestras de finos de reducción directa F1, los finos tienden afectar el resultado de TML, a mayor contenido de finos, será mayor la afectación a la licuefacción, la fracción fina es de un TML inferior con un valor de 12,5419 %, al de la fracción gruesa de 12,8019 %. El menor valor de la muestra de TML general es de 12,0778 %, comparada con la fracción fina de 12,5419 %, esto puede ser explicado por su granulometría, donde es una mezcla de las dos fracciones; es de esperarse que los materiales heterogéneos con mayor contenido de finos tenga un comportamiento más crítico al fenómeno de licuefacción y también afectado por su humedad interna y por efecto del proceso de sufusión.

La gráfica 5, presenta los porcentajes de límites de humedad transportables con respecto a la muestra general y fracciones gruesas y finas de ultrafinos de mineral de hierro. Este material presentó un comportamiento diferente al de los materiales reducidos Finos 1 y Lodos de Piscina ya que el valor de TML de la fracción gruesa fue inferior a 10,0595 % con respecto a la fracción fina con 10,9292 %.

Para explicar esta diferencia fue necesario realizar una caracterización macroscópica de especies litológicas presentes en la muestra, pudiéndose observar en las tablas IV y V.

Tabla IV. Caracterización Macroscópica de Muestra de Ultrafinos de Mineral de Hierro

Elaboración propia del autor.

Tabla V. Número de Partículas por Litología y Malla de Muestra de Ultrafinos de Mineral de Hierro

Fuente: Elaboración propia del autor.

Según resultados observados en la tabla IV, se puede denominar a este material como Mineral Goethítico y de acuerdo a la tabla V, la mayor proporción de goethita se presenta en la fracción fina (180 partículas para la malla 400).

La presencia de un mayor contenido de goethita en la fracción fina la hace menos propensa a la licuefacción por ser este material menos hidrofóbico que el hematítico y con mayor capacidad de retención de agua *7+, comportándose como un suelo arcilloso, por esta razón la fracción tiene un valor de TML mayor que el de la fracción gruesa, confirmando el criterio aplicado con el porcentaje de goethita en la ficha del código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC) de los Finos de Mineral de Hierro.

De la información presentada en estos gráficos se puede enfatizar lo siguiente:

De acuerdo a la granulometría obtenida para los tres materiales: 1.537 μm D80 para los Finos 1, 552 μm D80 para Lodos de Piscina y 134 μm D80 para ultrafinos, se confirma que el material más fino es el más propenso a licuarse con el menor valor de TML. Era de esperarse que el TML de los Lodos de Piscina sea menor que el de los Finos 1 por su valor D80; al detallarse en la gráfica 2, se observa que para fracciones menores a los 100 µm los lodos de piscinas poseen un tamaño de partícula mayor a la de los Finos 1, este cambio en granulometría y por el efecto de la sufusión hace ligeramente más susceptible a los Finos 1 a la licuefacción, valor de TML menor comparado con los Lodos de Piscina.

Estos resultados, en general, pueden explicarse por el efecto de ocupación, que corresponde a la presencia de partículas gruesas inmersas en las partículas finas predominantes, reemplazando los vacíos por masa sólida, es decir, para el grado de saturación correspondiente se produce un aumento en el volumen de vacíos de partículas, con el aumento del contenido de finos y el TML es proporcional al volumen de vacíos.

Se puede observar que todos los materiales tienen una tendencia a ser el más crítico o riesgoso al momento de ser transportados.

En la gráfica 6 se aprecia que el material de ultrafinos tiene como resultado un TML de 9,59 % y esto se debe a que posee un alto porcentaje de fino, procedente de los secadores de mineral.

Es importante mencionar, que los resultados de la humedad de las muestras tomadas a los subproductos en las pilas de almacenamiento de Orinoco Iron, estuvieron por debajo de los valores de TML, ver tabla VI.

Tabla VI. Comparación de Valores de humedad y TML de los Subproductos.

B. Métodos de evaluación, prácticas de manejo y almacenamientoqueeviten elfenómeno delicuefacción en finos de mineral de hierro y subproductos de reduccióndirecta.

Se presenta a continuación las recomendaciones para el monitoreo, el manejo y transporte seguro por vía marítima de los subproductos generados por la planta de reducción directa Orinoco Iron, tomando como referencia los valores de TML obtenidos y las fichas de cargas sólidas a granel del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC) [7]. Práctica recomendada para el manejo, almacenamiento y monitoreo de los Finos 1, lodos de piscina y ultrafinos de mineral de hierro.

Riesgo:

Esta carga puede licuarse si se envía con un contenido de humedad superior a su límite de humedad transportable (TML).

Precauciones Climáticas:

- El contenido de humedad de la carga se mantendrá por debajo de su TML durante las operaciones de carga y de viaje.

- A menos que se disponga expresamente lo contrario en su ficha individual del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC), la carga no se manipulará durante las precipitaciones.

- La carga podrá manipularse durante las precipitaciones en las condiciones establecidas en los procedimientos prescritos de la sección 4.3.3 del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC).

- La carga de un espacio de bodega podrá descargarse durante las precipitaciones siempre que la carga total del espacio de bodega deba descargarse en el puerto.

Almacenamiento:

- Se puede almacenar al aire libre en patios con cierta pendiente o inclinación para facilitar el drenaje de la pila en periodos de lluvia.

- En periodos fuertes de lluvia y durante el embarque, se recomienda cubrir las pilas del material a embarcar con lonas de plástico con el fin de evitar el incremento de la humedad.

Monitoreo:

- Antes del despacho y liberación de los lotes debe monitorearse la humedad y verificar que tenga un valor por debajo del TLM.

- Para los ultrafinos; determinar por trazabilidad o caracterización macroscópica el contenido de goethita para clasificar el material como “Mineral de Hierro” o “Finos de Mineral de Hierro”.

- En las bodegas de carga se debe vigilar a intervalos regulares la presencia de agua y bombear, según sea necesario. También se debe comprobar periódicamente el aspecto de la superficie de esta carga durante la travesía. Si se observa agua libre sobre la carga o estado fluido de la carga durante el viaje, el capitán debe tomar las medidas apropiadas para evitar su desplazamiento y el posible naufragio del buque; también considerar la búsqueda de una entrada de emergencia o un lugar de refugio.

Debe cumplirse a cabalidad con lo exigido en la ficha individual para cada uno de estos materiales del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC). Ver tabla VII.

Tabla VII. Clasificación y ficha individual de los subproductos de acuerdo al Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC).

Subproducto Ficha Individual

Finos 1 Hierro de Reducción Directa (C)

Lodos de Piscina Hierro de Reducción Directa (C)

Ultrafinos (Goethita > 35%) Mineral de Hierro

Ultrafinos (Goethita < 35%) Finos de Mineral de Hierro

De los resultados obtenidos por medio de la investigación realizada, a continuación se presentan las siguientes conclusiones:

- Determinación los límites de humedad admisible para efectos de transporte (TML), siendo 11,10 % para los Finos 1, un 12,08 % para los lodos de piscina y 9,08 % ultrafinos de mineral de hierro.

- La caracterización física mostró que los porcentajes de humedad en las pilas de almacenamiento eran de 4,07 %; 8,06 % y 4,18 % para las muestras de Finos 1, lodos de piscina y ultrafinos de mineral de hierro, respectivamente, muy por debajo de los TML determinados.

- La caracterización química evidencia que el contenido de hierro total para Finos 1 es de 77,70 %; para los Lodos de Piscina es de 64,35 % y para los ultrafinos de 64,01 %; mientras que el contenido de hierro metálico de Finos 1 es 30,59 %, y en los Lodos de Piscina 4,63 %. Por otro lado, se tiene que el contenido de sílice y alúmina respectivas para las muestras de Finos 1 fue 0,67 % y 0,94 %; para los Lodos de Piscina 1,02 % y 0,87 %, mientras que los ultrafinos tuvieron contenidos de 1,31 % y 0,72 %.

- En cuanto a la distribución del tamaño de partícula, los tres materiales podrían calificar como finos de mineral de hierro, con D10 para Finos 1 de 0,037 mm, Lodos de Piscina de 0,044 mm y ultrafinos de 0,040 mm, D50 para Finos 1 de 0,235 mm, Lodos de Piscina de 0,185 mm y ultrafinos de 0,079 mm, pero debido al contenido de

hierro metálico de los Finos 1 y lodos de piscina, estos materiales son clasificados por la Organización Marítima Internacional (OMI) como Hierro de Reducción Directa (C) (finos obtenidos como productos derivados). La heterogeneidad granulométrica, es decir; mezcla de fracciones gruesas y alta proporción de fracciones finas, en materiales de alta humedad, puede tener un comportamiento más crítico al fenómeno de licuefacción por efecto del proceso de sufusión.

- El contenido de goethita igual o mayor a 35 % para los ultrafinos de mineral de hierro permiten transportarlos sin riesgo de licuefacción por su capacidad de absorción de agua.

- Los valores del límite de humedad admisible para efectos del transporte (TML), determinados en este trabajo de investigación y la elaboración de una práctica donde se recomienda, la importancia de las condiciones de manejo, almacenamiento y monitoreo de las cargas de los subproductos antes del embarque; garantizan los valores del límite de humedad para efectos de transporte por debajo de los valores máximos permitidos.

- Seguir la práctica recomendada para el manejo, almacenamiento y monitoreo de los Finos 1, lodos de piscina y ultrafinos de mineral de hierro y lo indicado en las Fichas del Código Marítimo Internacional de Cargas Sólidas a Granel (IMSBC).

- Realizar frecuentemente caracterizaciones y ensayos de TML a los subproductos almacenados en planta para verificar sus comportamientos al fenómeno de licuefacción.

- Para aumentar la confiabilidad del ensayo en el plato de fluidización, la observación del punto de fluidización debe complementarse con el uso de medidas de expansión del cono en la muestra ensayada. Por ejemplo; un calibrador que indique un incremento del diámetro, es útil para esta finalidad.

- Se otorga especial agradecimiento a Orinoco Iron S.C.S. por permitir el desarrollo de este trabajo de investigación en sus instalaciones.

[1] Munro, M.C., Mohajerani, A., 2016. Liquefaction incidents of mineral cargoes on board bulk carriers. Adv. Mater. Sci. Eng. 2016, 1–20.

[2] Munro, M.C., Mohajerani, A., 2017. Bulk cargo liquefaction incidents during marine transportation and possible causes. Ocean Eng. 141, 125–142.

[3] Munro, M., & Mohajerani, A. (2016). A review of the newly developed method used to prevent liquefaction of iron ore fines on bulk carriers. Australian Geomechanics. Volumen 51. 43-52. https:// australiangeomechanics.org/papers/a-review-of-thenewly-developed-method-used-to-prevent-liquefactionof-iron-ore-fines-on-bulk-carriers

[4] Moreira, D.D., Santos, C.A., Mesquita, A.L., & Moreira, D.C. (2020). Influence of particle size distribution of iron ore fines on liquefaction during marine transportation. Powder Technology, 373, 301309. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.06.052

[5] Tsuchida, H., Hayashi, S. (1971). Estimation of liquefaction potential of sandy soils .United States-Japan Cooperative Program in Natural Resources.

[6] ICS - International Chamber of Shipping (2020). https://www.ics-shipping.org/

*6+ Organización Marítima Internacional. (2020). Código Marítimo Internacional para Cargas Solidas a Granel.

[8] Munro, M.C., & Mohajerani, A. (2016). Variation of the geotechnical properties of Iron Ore Fines under cyclic loading. Ocean Engineering, 126, 411-431. http:// dx.doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.09.006

*7+ Wang H., Koseki J. y Nishimura T. (2020). “Water Retention Characteristics of Iron Ore Fines”. Canad. Geotech. J. 57: 1427–1437. dx.doi.org/10.1139/cgj-2018 -0840. https://cdnsciencepub.com/doi/10.1139/cgj2018-0840.