ALTOFORNO

Materie Prime

MineraliMinerali RottamiRottami

AltofornoAltoforno

ConvertitoriConvertitori

Forni elettriciForni elettrici

Operazioni fuori fornoOperazioni fuori forno

ColataColata

Materie Prime

MineraliMinerali RottamiRottami

Minerali

Metalli presenti nella crosta terrestre: molto diffusi Al, Mg, Fe, Ti

Concentrazione del metallo varia

Giacimenti più sfruttati sono quelli con minerale ad alto tenore di metallo

Tipo di impurezze presenti nel minerale

Tipo di minerale: ossidi, ossidi idrati, carbonati e solfati, solfuri, arseniuri ed altri…

Gran parte dei metalli sono affini per ossigeno e zolfo → piùfacilmente trattabili.

I “non ossidi” → facilmente trasformati in ossidi

I solfuri → più difficili da trattare

Materie Prime

MineraliMinerali RottamiRottami

Rottami

Facilmente reperibili: metallurgia del rottame

Problemi: inquinanti, impurezze difficili (costose) da rimuovere

Più comuni: Fe, Al, Ni, Pb, Cu

Vantaggi ecologici

Schema dei processi metallurgiciSchema dei processi metallurgici

MATERIE PRIME

OPERAZIONI PRELIMINARIFRANTUMAZIONE, MACINAZIONE

ARRICHIMENTO

TRATTAMENTI PRELIMINARI(CALCINAZIONE, ARROSTIMENTO,

AGGLOMERAZIONE)

IDROMETALLURGIA liscivazione, separazione estrazione

elettrolitica o fisica o chimicaPIROMETALLURGIA

prima fusione ,conversioneTRATTAMENTO DI SALI

FUSI (elettrolisi)

METALLO GREZZO

RAFFINAZIONE (affinazione termica,raffinazione elettrolitica etc..)

COLATA

PREPARAZIONE DEI MINERALIPREPARAZIONE DEI MINERALI

a) Frantumazione, macinazione- per produrre pezzatura uniforme e ottimale per la marcia dell’altoforno:

Generano processi incompleti, ghisa conscorie e con S;

Evitare pezzature grandi

Frantumazione nella parte medio alta, discesa irregolare con ostruzioni che bloccano il forno

Evitare pezzature piccole

b) Arricchimento (su minerale frantumato)

fatto mediante tecniche magnetiche su minerale magneticoSfruttamento dei giacimenti più poveri

riduzione spese di trasporto

riduzione consumi di combustibile e di fluidificanti

PREPARAZIONE DEI MINERALIPREPARAZIONE DEI MINERALI

Trattamenti preliminari dei minerali

- Essiccamento (nel caso di elevata umidità)

Basati su trasformazioni chimico-fisiche per facilitare l’estrazione del metallo.

- Calcinazione :dissociazione minerali

)300(3232 232232 COHOFeOHOFe °+→−

)(23 alteTCOFeOFeCO +→

Agglomerazione: recupero del minerale

Sinterizzazione (minerale in pezzature piccola + carbone)

Pellettizzazione (in pezzature di 3 cm) minerale in polvere

Minerali di ferro in ordine decrescente di percentuale teorica di Fe

Paesi produttori di minerali ferrosiPaesi produttori di minerali ferrosi

EVOLUZIONE DEL PROFILO DEGLI ALTOFORNI ITALIANI

PORTOFERRAIO 1902 PORTOFERRAIO 1926 PIOMBINO 1956

Vu= volume utile; P= produzione giornaliera in t

EVOLUZIONE DEL PROFILO DEGLI ALTOFORNI ITALIANI

TARANTO 1990TARANTO 1970TARANTO 1964

Schematizzazione del processo ai forni soffiatiSchematizzazione del processo ai forni soffiati

mineralemineralecarbonecarbone

ariaaria ariaaria

fondentefondente

Scoria Metallo di Metallo di prima fusioneprima fusione

Gas di scaricoGas di scaricoGas di scaricoGas di scarico

Altoforno

Schema di altofornoSchema di altoforno

2COC2CO +→

400°C ZONA I essiccamento e preriscaldamento

800°C ZONA II dissociazione del CO

1350°C ZONA III stabilità del CO riduzione

riduzione indiretta

2

243

24332

COFeCOFeOCO3FeOCOOFe

COO2FeCOO3Fe

+→++→+

+→+

38KcalCOFeCFe ++→+dissociazione carbonati 288KcalCOCaOCaCO 23 ++→

inizio riduzione ossidi MnInizio fusioni Inizio carburazioni Fe

Inizio formazioni scorie liquidascoriaSiOCaO 2 −→+

1350-1600°C ZONA IV fusione generale ghisa e passaggio in essa del Mn, P, Si, S. formazione loppe finali

ZONA V combustione coke, desolforazione ghisa, ultimazione loppe

ZONA VI separazione ghisa e loppe, ultime reazioni

Indice di marcia CO2/CO ∼0,5 – 0,6

ESEMPIO DI UN ALTOFORNOESEMPIO DI UN ALTOFORNO

ESEMPIO DI UN ALTOFORNOESEMPIO DI UN ALTOFORNO

SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ ALTOFORNO

SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO DEL ALTOFORNO

SCHEMA DEL PROCESSO DI UN ALTOFORNOSCHEMA DEL PROCESSO DI UN ALTOFORNO

REAZIONI NELLREAZIONI NELL’’ALTOFORNOALTOFORNO

• Minerali: Fe2O3 (ematite)Fe3O4 (magnetite)

• Calcare: CaCO3 ⇒ CaO + CO2 a 900°CCaO + SiO2 ⇒ scoria a 1300°C

• Aria calda + CH4

• Coke: C

• Refrattario: Al2O3 + SiO2

REAZIONI NELLREAZIONI NELL’’ALTOFORNOALTOFORNO

Reazione generale: Fe2O3 + 3CO ⇒ 2Fe + 3CO2 (1)

2

243

24332

COFeCOFeOCO3FeOCOOFe

COO2FeCOO3Fe

+→++→+

+→+

CO2 + C ⇒ 2CO (2) Altre riduzioni

MnO + CO ⇒ Mn + CO2 (3)SiO2 + 2CO ⇒ Si + 2CO2 (4)P2O5 + 5CO ⇒ 2P + 5CO2 (5)FeO + C ⇒ Fe + CO (6)SiO2 + 2C ⇒ Si + 2CO (7)H2O + C ⇒ CO + H2 (8)2C + O2 ⇒ 2CO (9)

GHISA DA ALTOFORNOGHISA DA ALTOFORNOCOMPOSIZIONE

C 3,5 ÷ 4 % (Fe3C)

Mn 0,7 ÷ 1,6 %

Si 0,6 ÷ 1,5 %

S, PBILANCIO PRODOTTI

OUTPUTOUTPUTGhisa 1 tScoria 0,8 tGas esausti 5,4 tPolvere 0,1 t

INPUTINPUTMinerale (Fe al 50%) 2 tCoke 0,9 tCaCo3 0,4 tAria 4 t

-- Le scorie: usate come materiale inerte (strade, terrapieni ecc),

-- Gas (filtrati) usato come combustibile es. torri di preriscaldo dell’aria

FINE ALTOFORNOFINE ALTOFORNO