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ESCORIAS 2016

Instituto Tecnológico Superior de Irapuato

Recopiló: MALN 2016

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ESCORIASLas escorias tienen una serie de funciones de gran importanciaque cumplir en los procesos de fusión, conversión y reno a

fuego, que sin su presencia en los hornos metalúrgicos sufuncionamiento sería imposible. Entre estas funciones se debemencionar su papel puricador retirando los componentes dela ganga de la materia prima y facilitando la separación de lafase metálica de valor dentro del horno. El papel ugado por lasescorias depende obviamente de su composición química, quea la ve! determina otras propiedades fundamentales"basicidad#acide!, viscosidad, densidad, fusibilidad, podercorrosivo, y aun más selectividad.

Las escorias son un subproducto de la fundición  de la mena para puricar los metales. $e pueden considerar como una

me!cla de ó%idos  metálicos& sin embargo, pueden contenersulfuros de metal y átomos de metal en forma de elemento

$e forman durante la fusión de las menas o durante larenación de los metales brutos y contienen elementos que nose reducen durante el proceso de reducción o elementos que

se o%idan durante el proceso de renación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mena_(miner%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfurohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfurohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mena_(miner%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n

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La capacidad de formar una escoria o una mata nola tienen todos los compuestos. El poderescoricante de un ó%ido metálico, con respecto aotro, radica en la posibilidad de que puedan

manifestar anidades químicas y eut'cticas. Lasílice, $i(), es un buen escoricante del *a(, yaque estos ó%idos dan lugar a eut'cticos de baopunto de fusión. +or lo tanto, un buen escoricante

es aquel capa! de reaccionar químicamente conalguno de los ó%idos de la me!cla formación decompuestos químicos-. +or el contrario, el carácterfundente de un compuesto reside en su capacidad

para aportar líquido al medio debido a su baopunto de fusión. Esto implica que un aditivofundente tendrá una baa capacidad de reaccióncon los restantes componentes del sistemafundido.

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Entonces la escoria recoge algunos de loscomponentes indeseables de la mena y como esinmiscible con el fundido metálico se separa elmetal metálico de sus componentes indeseables.

El inicio del proceso de fusión indica latemperatura para la cual tiene lugar la p'rdida derigide! de los materiales. +or encima de estatemperatura resulta imposible utili!ar

estructuralmente cualquier material. El conceptode temperatura de transición vítrea, T G, en vidriosy polímeros termoplásticos y elastómeros-seala, igualmente, el nivel t'rmico a partir del

cual comien!a a disminuir la rigide! del material.Los enlaces iónicos e%istentes entre las cadenasde los tetraedros de $i(//0 o los de 1an der 2aalsy puentes de hidrógeno entre cadenas

hidrocarbonadas quedan rotos.

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3ambi'n pueden servir para otros propósitos, como ayudar enel control de la temperatura durante la fundición y minimi!ar lareo%idación del metal líquido nal antes de pasar al molde.

La escoria tiene muchos usos comerciales y raramente se

desecha. 4 menudo se vuelve a procesar para separar algúnotro metal que contenga. Los restos de esta recuperación sepueden utili!ar como balasto para el ferrocarril y se ha utili!adocomo metal para pavimentación.

  $e le aaden a veces fundentes a la escoria para dar losvalores deseados de"

•+unto de fusión•1iscosidad•5ensidad

•+ropiedades químicas

 Los fundentes más comunes son"

•*al y magnesita" En la fabricación de hierro y acero•

Espato6úor" En la renación de acero•$ílice" En la fusión de la mena de cobre.

http://es.wikipedia.org/wiki/Balastohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferrocarrilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferrocarrilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Balasto

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El sistema SiO -CaO-Al O interesa₂ ₂ ₃particularmente para conocer lasescorias del alto horno pero constituyetambién la base de los reractarios dealumina-silice y de la abricaci!n del

cemento portland"Adem#s de los tres componentesprincipales$ las escorias del alto hornopueden contener cantidades %ariablesde o&ido de ma'nesio$ o&ido de

man'aneso y !&idos de titanio"(a escoria del alto horno debe teneruna temperatura de usi!n de 1)00 C⁰o menos"

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5iferentes tipos deescorias

4tmósferaen el horno

>%idosprincipales

>%idos secundarios 7ombre de laescoria y

metalurgiadondeaparece

?uyreductora

$i()0*a(04l)(@

?g( Escorias del altohorno ?etalurgia

del Ae y

ferroaleaciones$i()0?g(04l)(@

  Aerrocromos

$i()0?g(0*a(04l)(@

  Aerrocromos

+ocoreductora

$i()0Ae(0*a( ?g(, 4l

)(

@, Cn( Escorias

ferrosocálcicas.?etalurgias del

*u, +b, 7i,$b, ....

$i()0Ae(0

?g(

*a( ?etalurgia del 7i en

7ueva *aledonia$i()0Ae(0 ?g( 4 veces en las

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*ranulaci!n de escoria

(a 'ranulaci!n de la escoria del alto horno representa una opci!n

muy atracti%a ya +ue con%ierte la escoria del alto horno en un sub-producto muy %alioso +ue puede %enderse a la industria del cemento

Escoria granulada   de alto horno, (a escoria 'ranulada de hornoalto posee e&celentes propiedades cuando se acti%a de manera

adecuada" (a escoria 'ranulada de horno alto debe estar constituidapor lo menos dos tercios de masa de la suma de CaO$ 'O y SiO2"El resto contiene Al2O.$ /unto con pe+ueas cantidades de otros!&idos

(a escoria 'ranulada de alto horno se obtiene por enriamientor#pido de una escoria en estado de usi!n de composici!nadecuada$ procedente de la usi!n del mineral de hierro en un alto

horno"

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Imágenes de escoria granulada

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• Los altos hornos generalmenteentre 200 y 400 kg de escoria

líquida por cada tonelada dearrabio producida. Hasta hace 0!" a#os$ la escoria del alto horno

era considerada un desperdicio yse la desechaba en un lugarapropiado %uera del alto horno.

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•El uso de escoria de alto horno en reemplao de cliner para laproducci!n de cemento es hoy aceptado mundialmente$ obteniendocomo resultado un cemento de alta calidad$ comparable al cementoportland con%encional$ a un costo m#s atracti%o"

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34ué es el cliner5

•Calia cocida" Es la deinici!n m#s e&acta de lo +ue se conocecomo cliner$ la principal materia prima de la +ue se obtiene elcemento" Est# constituido por una especie de bolas de color'ris#ceo de tamao similar al di#metro de una pelota de 'ol$aun+ue en ocasiones son m#s pe+ueas"

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•El descarte y acumulaci!n de 'randes cantidades de escoria dealto horno puede de esta manera e%itarse$ reduciendo la intensidadde uso y mantenimiento de los poos de escoria seca y los

consi'uientes problemas ambientales"

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•   n beneicio adicional del uso de escoria de alto horno en laproducci!n de cemento es la reducci!n de emisiones de CO2" 7or

cada tonelada de cliner sustituido por escoria de alto horno

'ranulada se obtiene una tonelada menos de emisi!n de CO2"

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(a escoria tiene como unciones•Sitio de dierentes reacciones" 7or e/emplo$ durante la

undici!n reductora del plomo los silicatos de este metal sonreducidos en la escoria"

•(a escoria 'obierna la eiciencia del proceso de reinaci!n

debido a la interacci!n en la interace metal-escoria"•A %eces la escoria puede constituir un producto %alioso por

contener elementos de alto %alor"

•(a escoria prote'e la supericie del metal de la atm!sera

'aseosa del interior del horno"

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(os !&idos ormadores de escoria se di%iden en,• 8&idos b#sicos,

9a2O$CaO$'O$:eO$7bO$

  Cu2O$;aO$etc"

• 8&idos #cidos, SiO2$72O

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•(as escorias industriales est#n constituidas por lossi'uientes compuestos principales

SiO2$Al2O.$CaO$'O$:eO y todos los !&idos de lasimpureas"

•(os !&idos puros tienen puntos de usi!n mucho m#s altos$+ue los compuestos ormados por ellos" 7or e/emplo en elsistema CaO-SiO2  los compuestos unden a lastemperaturas si'uientes,

•CaO-SiO2 ?1@1.B$ 2CaO-SiO2 ?2)0.B"

•ientras +ue los !&idos puros CaO ?2@).B$ SiO2?1@.B"

•En la pr#ctica las escorias son policomponentes y en sussistemas e&isten eutécticas policomponentes$ a %eces$ con

ba/o punto de usi!n

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Deor>a molecular

 E&isten dos teor>as sobre las escorias undidas,

 &eoría molecular

 &eoría i'nica

Se supone la e&istencia de moléculas y considerando el e+uilibrio

de disociaci!n del silicato se usa la e&presi!n"eO-SiO2  eO F SiO2

El 'rado de disociaci!n depende de la temperatura$ as> como

también de la cantidad de !&idos libres en la escoria"(a presencia de otros !&idos$ m#s uertes$ puede inluir en ladescomposici!n$ por e/emplo,

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Deor>a molecular

2 :eO"SIO2 F 2CaO 2CaO"SiO2 F 2:eO

.CaO"72O

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Deor>a I!nica

•Se pretende e&plicar la naturalea de otros en!menos$ como laelectr!lisis de sales undidas$ la conducti%idad eléctrica de laescoria$ etc"

•S!lo la teor>a i!nica permite aclarar el mecanismo de transportede las car'as eléctricas en los electr!litos"

•En la red cristalina del compuesto e&isten interaccioneselectroest#ticas entre los cationes y aniones" Cuando la ener'>acalor>ica suministrada sobrepasa dichas ueras$ sucede la usi!nde la sal con la liberaci!n de los iones de la red cristalina"

•Gesde este momento cada i!n puede mo%erseindependientemente"

•Otro actor +ue también debilita las interacciones electroest#ticas

es el sol%ente"

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Deor>a I!nica

7ara ilustrar la interacci!n +ue e&iste en la escoria entre los !&idos$

#cidos y b#sicos$ se parte de una s>lice pura a la cual se aade ciertacantidad de cal"

  O-Si-O-Si-O-Si-O F Ca2F F O2- 

Ca2F F O-Si-O-Si-O O-Si-O 

Aumentando las adiciones de CaO$ el nJmero de rompimientosaumenta$ causados por el o&>'eno pro%eniente de los !&idos b#sicos

lle'ando hasta la unidad b#sica$ entonces se dice +ue la escoria est#neutraliada y un mol de silicio es neutraliado por dos moles deCaO

SiO2 F 2CaO SiO))- F 2Ca2F

(

((

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Deor>a I!nica•Al aumentar la cantidad de !&idos b#sicos empiean a e&istir los

o&>'enos libres en la escoria

  SiO2 F .CaO SiO))- F .Ca2F F O2-

•Considerando el concepto de acide y basicidad$ se dice'eneralmente +ue una escoria es b#sica$ cuando contiene iones deo&>'eno libres y en caso contrario se dice +ue es #cida"

•(as relaciones +ue se usan con m#s recuencia en la pr#ctica paradeterminar la basicidad de las escorias son,

•

; K K

•;

) *a+) ,i+2 ) ,i+2 - ) l2+/

) *a+  *a+ - g+ ,i+2 - 120"

oles de escoriaIones de oígeno libres

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Componentes de la escoria +ue no son !&idos

•El aure puede disol%erse en las escorias undidas ya sea

como ion suluro o como sulato"•;a/o las condiciones reductoras +ue e&isten$ el suluro es la

orma dominante mientras +ue el sulato puede ormarseba/o condiciones o&idantes

•Capacidad para sulfuros, es la capacidad +ue tiene unaescoria l>+uida para absorber suluros"

•Lsta se incrementa r#pidamente al aumentar el contenido de

cual+uiera de los M!&idos b#sicosN Cao$ nO$:eO$ en laescoria y es mayor para escorias errosas y man'anosas+ue para c#lcicas y los %alores m#s ba/os para undidos de!&idos de ' y de silicatos de alJmina

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Escorias de carburos

•;a/o condiciones uertemente reductoras$ puede ormarse

carburo de calcio mediante la reacci!n,•CaO F .C CaO2 F CO

•El carburo de calcio$ +ue unde a 2.00C puede disol%ercantidades apreciables de !&ido con lo +ue su punto deusi!n disminuye

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Escorias de luoruros

• El haluro +ue mas comJnmente se aade a las escorias metalJr'icas esel espato lJor$ el cual se unde 1.@6C pero +ue cuando se meclan

con escorias de silicatos puede dar puntos de usi!n ineriores a1200C"

• (a adici!n mas importante de luoruro es la +ue se hace a la escoriareductora +ue se utilia en la abricaci!n eléctrica de acero" 7ara obtener

una buena desuluriacion se utilia una escoria muy b#sica$ conrelaci!n CaOSiO2  entre 2 y ." sin embar'o tal escoria pose un punto

de usi!n por encima de 2000C" Al aadir apro&imadamente 20 P deCa:2 el punto de usi!n ba/a hasta por deba/o de 1

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*ases en las escorias

Los gases as counes se disuel-en .ue en las escorias son el "ió!ido

/e car"ono el -apor de aguaEl dió!ido de car"ono se disuel-e u pro"a"leente de acuerdo con la reacción

)&2  ' &2 *)&2,(

En los sisteas de ó!idos alcalinos el dió!ido de car"ono a presión atos34rica se disuel-e

para dar un 3undido de car"onato esencialente este.uioetrico

En las escorias de cal,silicato la solu"ilidad es u pe.ue5a se cuenta con pocas

ediciones

 ara una coposición de escoria dada a la solu"ilidad se increenta al auentar la presión

)&2 disinue al auentar la teperatura ara presiones de )&2 aores 120 at se

ha o"ser-ado isci"ilidad li.uida copleta entre el )a 2Si&+ 7 el )a)&( 8p3 1290);

El agua es solu"le tanto en escorias "#sicas coo en acidas la solu"ilidad tiene un

%nio para las denoinadas escorias neutras con )a&

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Escorias errosas  (as escorias errosas se orman tanto la abricaci!n de acero como durante

la usi!n de menas de cobre y de plomo" En estos procesos las condiciones

son mucho mas o&idantes +ue dentro del alto horno de hierro por lo +ue esto+ueda parcialmente retenido en la escoria"

•  (os principales componentes en estas escorias son,

•:eO$ CaO$ Q SiO2 aun+ue al'o de hierro esta presente siempre como :e2O."

•Adem#s $ la escoria puede contener 'O$ nO$ Al2O.$ 72O

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Escorias errosas•Cuando se aade la s>lice $ el contenido de :e2O. disminuye y se %uel%einsi'niicantemente para contenidos mayores al correspondiente del

:e2SiO)$ por el contrario cuando se aade cal $ al contenido de ustita $ elcontenido de :e2O. de e+uilibrio con el hierro met#lico aumenta hasta el 20P

•(os procesos de undici!n errosos y no errosos producen distintas escorias"7or e/emplo$ la undici!n del cobre y el plomo$ no errosa$ est# diseada paraeliminar el hierro y la s>lice +ue suelen darse en estos minerales$ y se separaen orma de escoria basada en silicato de hierro" 7or otro lado$ la escoria delas acer>as$ en las +ue se produce una undici!n errosa$ se disea paraminimiar la pérdida de hierro y por tanto contiene principalmente calcio$ma'nesio y aluminio"

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7ropiedades >sicas de las escorias

•Adem#s del punto de usi!n$ la %iscosidad de la escoria esmuy importante en la +ue corresponde a su comportamiento

con la usi!n"•(a %iscosidad de un 'ran numero de escorias de silicato hasido medida por distintos in%esti'adores como unci!n tantode las temperaturas como de la descomposici!n de laescoria"

•Entre una escoria b#sica y una #cida$ el %alor de la%iscosidad puede dierir por un actos de mil o mas$ si en

lu'ar de la cal se utilian otros !&idos b#sicos como 'O$nO o :eO$ la %iscosidad no se %e muy aectada$ si al'osucede es una disminuci!n adicional"

 

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7ropiedades >sicas de las escorias

•El eecto de la temperatura es muy distinto entre las escorias

#cidas y b#sicas$ en el casi de las escorias b#sicas la %iscosidadaparente aumenta s!lo li'eramente al disminuir la temperatura ylue'o m#s r#pido a medida +ue se precipitan las ases solidas"

•El sobre enriamiento del li+uido y la %iscosidad de la escoria

aumenta desde su %alor para el li+uido hasta su %alor para elsolido %>treo"

•(as escorias b#sicas se denominan cortas y las acidas lar'as$ lo+ue ilustra el comportamiento de la %iscosidad durante el

enriamiento"

G id d

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Gensidad

(a densidad parece ser una unci!n mas o menos lineal de lacomposici!n de la escoria$ si bien e&isten des%iaciones $ en lasescorias del tipo alto horno$ la densidad incrementa al aumentarel contenido de cal$ en escorias errosas"

Densi!n supericial(a tensi!n supericial es importante en el mo/ado de metales yreractarios para escorias y para rapide con la +ue distintoscomponentes se disuel%en el la escoria"

(a tensi!n supericial de las escorias li+uidas es del orden 0". a0"< /m2$ y esta disminuye li'eramente al aumentar latemperatura en un ran'o de 200C$ y la disminuci!n apro&imadaes de 10P$ relacionada con la tensi!n supericial" Est# la

tendencia +ue presentan ciertas escorias a hacer espuma"

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