Proceso sustentable de reducción carbotérmica de ilmenita con bagazo de agave y separación por lixiviación ácida para la obtención de TiO2

Abstract

This research focuses on a sustainable process for the carbothermal reduction of ilmenite using agave bagasse, followed by acid leaching separation to obtain titanium dioxide (TiO2). Ilmenite, being the primary source of titanium, signifies a valuable resource in industry, and its efficient treatment is imperative to meet global demand. The utilization of agave bagasse not only serves as a sustainable alternative to traditional charcoal but also contributes to the reduction of CO2 emissions by reducing reliance on fossil fuels and valorizing agave bagasse, a byproduct of a plant that sequesters carbon from the atmosphere during its life cycle, storing it in its structure and fixing it in the soil. This research was developed by evaluating different parameters that influence the metallization and leaching performance. The raw material and solid products were characterized by XRD, SEM, XRF and FTIR. The obtained data were contrasted with thermodynamic and chemical equilibrium data extracted from specialized software. Experimental findings have demonstrated that the processes of iron metallization and TiO2 formation are influenced by a variety of factors, including temperature, agave bagasse concentration, reduction time, and Ar flux rate. In addition, leaching experiments have revealed that iron and titanium dissolution varies with time, hydrochloric acid concentration, solid/liquid ratio and temperature. Furthermore, agave bagasse undergoes deformation during the process of size reduction, a phenomenon that enhances its surface area and reactivity. The reduction of ilmenite with agave bagasse is a feasible process, achieving 74% metallization at 1100 °C with an I/BA ratio of 65/35. Furthermore, the reduction of rutile is favored with a higher agave bagasse content. At 1100 °C and 50/50 I/BA, rutile reduction increases with residence time.

Esta investigación trata del proceso sustentable de reducción carbotérmica de ilmenita utilizando bagazo de agave, seguido de una separación por lixiviación ácida para la obtención de dióxido de titanio (TiO2). La ilmenita, siendo la principal fuente de titanio, representa un recurso valioso en la industria, y su tratamiento eficiente es crucial para satisfacer la demanda global. El uso de bagazo de agave no solo es una alternativa sostenible al carbón tradicional, sino que también contribuye a la reducción de emisiones de CO2, pues se reduce la dependencia de combustibles fósiles y se aprovecha un residuo industrial del agave, planta que secuestró carbono de la atmósfera durante su ciclo de vida para almacenarlo en su estructura y fijarlo en el suelo. La investigación se desarrolló evaluando diferentes parámetros que influyen en el rendimiento de metalización y lixiviación. La materia prima y los productos sólidos se caracterizaron por DRX, MEB, FRX y FTIR. Lo obtenido se contrastó con datos termodinámicos y de equilibrio químico extraídos de software especializado. Los resultados experimentales mostraron que la metalización del hierro y la formación de TiO2 son influenciadas por la temperatura, la concentración de bagazo de agave, el tiempo de reducción y el flujo de Ar, mientras que los experimentos de lixiviación revelaron que la disolución de hierro y titanio varía con el tiempo, la concentración de ácido clorhídrico, la relación sólida/líquido y la temperatura. El bagazo de agave sufre una deformación durante la reducción de tamaño, mejorando el área superficial y la reactividad. La reducción de ilmenita con bagazo de agave es factible, logrando una metalización del 74% a 1100 °C con una relación I/BA de 65/35. Se propicia la reducción de rutilo con un mayor contenido de bagazo de agave, a 1100 °C y 50/50 I/BA, la reducción de rutilo aumenta con el tiempo de residencia.