La Difracción De Rayos X En La Industria Siderúrgica
La Difracción de Rayos X (DRX) es una técnica muy versátil que se caracteriza por ser de alta tecnología y no destructiva, y se utiliza para el análisis de una amplia gama de materiales, incluso fluidos, metales, minerales, polímeros, catalizadores, plásticos, productos farmacéuticos, recubrimientos de capa fina, cerámicas y semiconductores. La aplicación fundamental de la Difracción de Rayos X es la identificación cualitativa de la composición mineralógica de una muestra cristalina. La Difracción se produce por la interacción de un haz de Rayos X que posee una determinada longitud de onda, con un material cristalino y se basa en la dispersión coherente del haz de Rayos X por parte de la materia y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase las cuales se dispersan en determinadas direcciones.
Los Rayos X tienen longitudes de onda con magnitudes en escala de Angstroms, del mismo orden que las distancias interatómicas de los componentes de las redes cristalinas. Al ser irradiados sobre una muestra a analizar, los Rayos X se difractan con ángulos que dependen de las distancias interatómicas. El método analítico del Polvo al consiste en irradiar con Rayos X sobre una muestra formada por multitud de cristales colocados al azar en todas las direcciones posibles. Para ello es aplicable la Ley de Bragg: nλ = 2d . senθ, en la que “d” es la distancia entre los planos interatómicos que producen la difracción.
En la figura 1A se observa una descripción del modelo de Bragg cuando se trata de secuencias de planos del mismo espaciado, pero formados a su vez por átomos de distinto tipo, separados por Δd. Esta separación geométrica origina diferencias de fase dentro de un mismo haz difractado que provocan interferencias y que dan lugar a variaciones de intensidad (según la dirección), lo que permite obtener información de la estructura de los átomos que forman el cristal. En la industria siderúrgica, la técnica de Difracción de Rayos es de alta utilidad, ya que, dada la versatilidad de la técnica es posible analizar desde las materias primas e insumos hasta los subproductos y/o productos generados en los distintos procesos.
Específicamente en Sidor, se cuenta con el D8 Advance, mostrado en la figura 1B, para análisis por DRX. El mismo complementado con la técnica de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) brinda la información química y morfológica de utilidad para el estudio y desarrollo de los productos así como para la caracterización de materias primas e insumos, tales como: magnesita, dolomita, arena de sellado de EBT y olivinas, en miras de lograr sustitución de importaciones en estos materiales de consumo en la fabricación de pellas y en el proceso de aceración.
En el marco de desarrollo de materia prima Nacional caracterización de Magnesita mediante esta técnica ha permitido estudiar su factibilidad de uso en el proceso de peletización, así como en aceria principalmente como acondicionador de escoria para aumentar la vida útil de los refractarios. Determinándose sus componentes principales, Carbonato de Magnesio MgCO3 y diferentes morfologías de Sílice SiO2, como ilustra la figura 2. Evidenciándose que este material evaluado exige para su uso en los procesos de Sidor un acondicionamiento previo o mezclas de las mismas con Magnesita de alto contenido de MgO y bajo SiO2.
Otras aplicaciones como soporte a los procesos productivos de Sidor, lo representa el análisis comparativo de escorias atípicas generada en los distribuidores (figura 3A) que generaron alto desgaste y pérdida prematura del monolítico refractario, contrastándose con escorias típicas (figura 3B) revelándose a través de la DRX la identificación de compuestos complejos a base de Ca, Mg, Fe y Si comparables entre sí descartándose su origen con los refractarios acotando su origen a procesos previos como Horno de Fusión-Horno Cuchara.
El DRX en Sidor, es una herramienta de utilidad a los procesos de investigacion industrial que aporta a las soluciones tecnológicas que requiere la planta, para la toma de decisiones asertivas que contribuyen a la producción a la continuidad operativa y al desarrollo de los productos y procesos de fabricación del acero y que es extensivo a los clientes y a las instituciones relacionadas con SIDOR .
Figura 1: A) Interacción de Rayos X con una Sustancia Cristalina, según modelo de Bragg, B) D8 Advance
Figura 2: Espectro de DRX de muestra de Magnesita
Figura 3: A) Espectro de DRX de Muestra de Escoria Atípica, B) Escoria Típica
Referencias:
[1] Universidad de Alicante. (S/f). Difracción de Rayos X. Agosto 21, 2017, de Servicios Técnicos de Investigación Sitio web: https://sstti.ua.es/es/instrumentacion-cientifica/unidad-de-rayos-x/difraccion-de-rayos-x.html
[2] Universidad de Cambridge. (S/f). Dispersión y Difracción. Agosto 21, 2017, de S/i Sitio web: http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05.html
Ervis Díaz. N., Jennifer N. Castillo G. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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