Reciclado de Polvos de Acerías (óxidos de zinc)

RECICLADO DE POLVOS DE ACERÍAS (Óxidos de Zinc)

Antonio Ros Moreno (2011)

Reciclado de Polvos de Acerías

“La revolución tecnológica ha acaparado nuestros esfuerzos y nuestros recursos desde principios de siglo… mientras que nuestras ideas no han evolucionado lo bastante deprisa para adaptarse a las nuevas técnicas. A la revolución tecnológica habrá que oponer una especie de revolución cultural para impedir que nuestras herramientas de trabajo se tornen algún día más poderosas que nosotros mismos” Aurelio Peccei Simposium sobre energía y materias primas, junio de 1974 en París.

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Índice: 1.- Introducción 2.- El zinc 3.- Reciclado de zinc 4.- El acero 5.- Relación del zinc con la industria del acero 6.- Polvos de acería de horno eléctrico de arco 7.- Tratamiento de los polvos de acería 8.- Tendencias tecnológicas

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1. INTRODUCCIÓN Hemos de hacer resaltar dos hechos que comienzan a complicar la metalurgia del zinc:  

Agotamiento de los criaderos clásicos, entrando en operación yacimientos minerales de alta complejidad, generalmente piríticos, que van a proporcionar concentrados de zinc muy complejos.

Creciente preocupación mundial por el medio ambiente, que está incidiendo desfavorablemente sobre los procedimientos térmicos en cuanto a la atmósfera y sobre los hidrometalúrgicos en cuanto al suelo.

Por otra parte, el flujo de materiales envejecidos, que, en forma de desechos metálicos y metalíferos, genera la mecánica de reposición, propende de igual modo a intensificarse. Dicho de otras palabras, a mayor empleo de metales, mayor afluencia de chatarras.

Es obvio que las recuperaciones de los desechos metálicos y metalíferos se intensificarán en el futuro por las razones apuntadas. Ahora bien, no hay que olvidar que, dentro del contexto de un sistema económico en desarrollo, los incrementos reales del consumo forzosamente han de satisfacerse a expensas de nuevas materias primas y de nuevos productos básicos.

Dentro del contexto general, las industrias siderúrgicas generan residuos interesantes por su contenido en zinc y a su vez por las fuertes características y contaminantes que actualmente y desde siempre han tenido.

Este polvo de acería está constituido básicamente por óxidos metálicos de composición variable, que hacen necesario su tratamiento con el fin de eliminar el problema de su almacenamiento debido a su carácter y contenido bajo-medio de zinc y plomo como valores metálicos principales y contenidos variables de otros metales, algunos considerados peligrosos como el Cd o Cr. El polvo de acería está catalogado como residuo tóxico y peligroso debido a los lixiviados que solubilizan sus metales pesados.

En conclusión a lo expuesto hasta el momento, hemos de resaltar los siguientes argumentos:   

La metalurgia del zinc necesita nuevas fuentes de aprovisionamiento de materia prima.

Las industrias siderúrgicas generan residuos interesantes por su contenido en zinc y a su vez considerados como tóxicos y peligrosos.

El reto existente es el de conseguir una obtención económicamente viable de los residuos de acerías o similares, con reducción parcial o total de los problemas medioambientales.

Con el presente trabajo se persigue facilitar el conocimiento básico que permita un reciclado de los polvos de acería de la forma más integral posible, mejorando las tecnologías actuales (Método Waelz y otros), al objeto de eliminar los graves problemas 3

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medioambientales que representan los óxidos de acería y similares, y todo ello sin olvidar una perspectiva económica rentable.

2. EL ZINC El zinc contribuye de múltiples formas al logro de una mejor calidad de vida pues es un elemento natural que la humanidad ha venido utilizando extensamente desde el siglo XIII. Es el tercer metal no férreo en consumo, después del aluminio y del cobre.

La utilización del zinc, como la de todos los metales, está subordinada a sus propiedades.

El zinc al ser un metal importante debido a una alta resistencia a la corrosión y una dureza moderada, se utiliza principalmente como una capa protectora de piezas de acero, y para producir ciertas aleaciones, de las cuales la más importante es la de cobre.

En la figura 1 se resumen los diferentes usos industriales del zinc. Está claro que prácticamente la mitad del metal se usa en galvanización y en el recubrimiento del acero por las distintas tecnologías que incluyen el uso de aleaciones mixtas zinc-aluminio.

Figura 1: Distribución del consumo del zinc metálico en función de su aplicación

En cuanto a los usos finales del cinc, la construcción consume el 45%, el transporte un 25%, maquinaria y equipo un 11%, infraestructuras públicas un 10% y baterías eléctricas y otros el 9% restante.

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Existen varios tipos de minerales de zinc. Los más extraídos son las esfaleritas o blendas de zinc, que son sulfuros de zinc ((Zn,Fe+2)S) con un contenido en hierro de 10% y en zinc de 40-60%. La esmitsonita (carbonato de zinc: ZnCO3), la calamina (silicato de zinc: Zn4Si2O7(OH)2·H2O, con un contenido de zinc hasta 54%) y la franklinita (un espinela de zinc: (Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn)2O4) representan otros minerales de los cuales el zinc suele ser extraído.

Estos minerales, en particular la blenda, contienen asociadas importantes cantidades de cobre, metal que proporciona un valor añadido. También se asocia la esfalerita a la galena por lo que algunas minas producen, simultáneamente, zinc y plomo. La calcopirita también suele estar presente, así como pequeñas cantidades de plata y oro.

Las gangas suelen ser calcita o dolomita y, a veces, cuarzo. La fluorita y la barita también están presentes eventualmente.

La obtención del zinc tiene su génesis en las operaciones de minado de los yacimientos metalíferos, en donde se extrae ya sea por explotación subterránea o por tajo abierto.

El mineral de zinc suele contener menos de 15% de metal, así que tiene que ser concentrado hasta un contenido en zinc de 55% con un resto de cobre, plomo y hierro, antes de seguir el proceso de refino. Este enriquecimiento está realizado sobre el sitio de extracción, para reducir los costes de transporte.

El descubrimiento de la flotación puso en disposición de tratamiento cantidades importantes de blenda y hoy se puede decir que casi la totalidad de la producción mundial de cinc se obtiene a partir de sulfuros concentrados por flotación.

El zinc, al igual que otros metales no férreos, puede producirse mediante procesos hidrometalúrgicos o pirometalúrgicos a partir de sus concentrados. La mayor parte de las unidades de producción utilizan el proceso electrolítico (hidrometalúrgico), debido a la alta calidad que se obtiene y por razones de consumo energético. Sin embargo, los minerales con bajo contenido en zinc o alto contenido en flúor no pueden tratarse mediante este proceso y, en tales casos, han de utilizarse procesos pirometalúrgicos. No obstante existen procesos desarrollados por ingenierías españolas que permiten la obtención de zinc primario a partir de materias primas pobres en zinc utilizando el proceso hidrometalúrgico mediante extracción con disolventes vía sulfatos.

Análogamente al proceso metalúrgico base, se pueden presentar dos vías para el tratamiento de los residuos:  

Térmico, hornos de volatilización y fundamentalmente el proceso Waelz, que también permite la recuperación de minerales complejos con bajo contenido en zinc.

Hidrometalúrgico, cuyo gran desarrollo se realizó durante la década de los sesenta del pasado siglo (Jarosita, Goethita y Hematita).

Sea cual sea el camino seguido, es necesario pasar por un tratamiento previo del concentrado; tostación en el caso de los minerales sulfurados, y calcinación, en el caso de minerales oxidados, ya que solamente el óxido es susceptible de ser tratado metalúrgicamente para la obtención de zinc metal.

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Una vez transformados en óxidos los minerales, se pueden tratar directamente (por vía electrolítica) o después de una sinterización o briqueteado (por vía térmica).

El esquema general de la producción de zinc primario por proceso hidrometalúrgico se resume en el siguiente diagrama:

Los concentrados de sulfuro se tuestan primero en hornos de tostación de lecho fluidizado para producir óxido de zinc y dióxido de azufre. La tostación es un proceso exotérmico y no se utiliza combustible adicional, el calor generado se recupera. El óxido de zinc (calcinado) pasa desde el horno, y se recoge y enfría. Los gases del horno de tostación se tratan en precipitadores electrostáticos (PEs) calientes para eliminar el polvo (que se pasa al calcinado). Otros polvos y metales volátiles como Hg y Se eliminan en un tren de limpieza de gas que incorpora sistemas de lavado y PEs húmedos. El dióxido de azufre se convierte luego a ácido sulfúrico en un sistema de recuperación convencional.

Los cloruros y fluoruros de los concentrados se eliminan en el proceso de tostado y no llegan por lo tanto al circuito cerrado de la solución del proceso de lixiviación y electrólisis. El contenido en cloro y flúor en el producto tostado es < 50 ppm.

La vía electrolítica de zinc, con diversas variables, es prácticamente un método único en el cual las variables son de forma o de dirección pero nunca de proceso. En 6

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efecto consta de tres etapas fundamentales, que pueden ser dobles o simples, continuas o discontinuas, o combinación de ambas.

Las tres etapas fundamentales de la obtención electrolítica del zinc metal, son:   

Lixiviación.

Purificación.

Electrólisis.

y otras dos etapas, que presentan múltiples variantes:  

Fusión.

Tratamiento de residuos.

Mediante la lixiviación se disuelve el tostado de la blenda, el óxido de zinc, en una disolución diluida de ácido sulfúrico (100-150 g/l); esta concentración de ácido sólo permiten disolver el ZnO, quedando las ferritas formadas en la tostación, ZnO·Fe2O3, inatacadas. El proceso se lleva a cabo en una serie de reactores con tanques abiertos, recipientes cerrados y recipientes a presión, o una combinación de los mismos. Durante el proceso se disuelven otros metales, que se eliminan tras la lixiviación.

Para mejorar la recuperación del zinc y evitar así pérdidas de metal se efectúa la lixiviación ácida en caliente (90-95º C) durante 2-4 horas. Bajo estas condiciones no solo se disuelve el zinc sino también el hierro asociado a la ferrita de zinc (franklinita), obteniéndose una solución rica en zinc que contiene entre 15-30 g/l de hierro (principalmente en forma férrica) que debe ser eliminado de la misma.

El hierro es la principal impureza y se precipita en 3 formas principales por vía hidrometalúrgica: Jarosita, Goethita y Hematita. La forma de estos precipitados se utiliza para dar nombre a los procesos. Las etapas de precipitación son: • Como Jarosita utilizando amoníaco o sulfato sódico y calcinado de zinc para neutralización. Se utilizan hasta 3 etapas, según si se realiza recuperación de Ag/Pb. También se utiliza un proceso de una sola etapa denominado “Proceso de Conversión”.

Fe2(SO4)3 + 10 H2O + 2 NH4OH → (NH4) 2Fe6(SO4)4(OH)12 + 5 H2SO4 • Como Goethita utilizando sulfuro de zinc para pre-reducción, oxígeno para reoxidación y calcinado de zinc para neutralización.

Fe2(SO4)3 + ZnS → 2 FeSO4 + ZnSO4 + S 2 FeSO4 + ½ O2 + 3 H2O → Fe2O3H2O + 2 H2SO4 • Como Hematita usando dióxido de azufre o sulfuro de zinc para pre-reducción, y un autoclave con oxígeno para precipitación. En este caso, se produce un residuo de azufre así como un residuo de hierro.

2 Fe2++ 2 H2O + ½ O2 → Fe2O3+ 4 H+ 7

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Las principales diferencias en los precipitados de hierro son su volumen y facilidad de filtrabilidad. También existen diferencias significativas en la inversión para cada proceso así como en los costes operativos. El balance de los mismos con los costes de desecho de los residuos puede estar influenciado por los costes exteriores al proceso. El proceso de Hematita se creía que era muy atractivo, ya que el volumen de residuos era menor y la hematita es una posible materia prima para hierro. El proceso no ha demostrado ser viable, y la hematita no era aceptable para la industria siderúrgica.

El proceso de Jarosita es capaz de realizar elevadas recuperaciones de zinc, incluso con concentrados que contienen entre 10 y 15% de Fe. Recuperaciones similares se basan en un bajo contenido de hierro en el calcinado (ó ZnO) que se utiliza para la etapa de precipitación.

Como alternativa, la lixiviación puede interrumpirse tras la lixiviación neutra. El residuo lixiviado se envía a un Horno de Fundición Imperial (ISF) y se añade al material sinterizado de alimentación. El zinc, el plomo y la plata se recuperan como metales, el azufre como H2SO4. En lugar de un ISF puede usarse un horno de secado Waelz, pero en tal caso será necesario realizar absorción de SO2.

Por otra parte, se conocen dos aplicaciones en las que el concentrado se lixivia directamente sin calcinación, en Korea Zinc y Outokumpu Zinc. En Korea Zinc, el hierro se deja en la solución durante la lixiviación y luego se precipita en un paso separado como goethita, mientras que en Outokumpu el hierro precipita como jarosita simultáneamente con la lixiviación de los sulfuros.

Sea cual sea el residuo producido por las opciones de proceso de los precipitados de hierro, la eliminación de zinc se potencia al máximo lavando el residuo. Otros metales solubles pueden tratarse mediante precipitación como hidróxidos o sulfuros. Los residuos se almacenan en áreas de vertido, normalmente en el mismo centro o en sus proximidades, de forma que queden aislados del suelo o de las aguas superficiales. El agua de la zona de almacenaje se recicla normalmente al proceso. Se están realizando desarrollos para evitar los residuos o al menos hacerlos más inertes mediante fijación.

La purificación de la solución que contiene zinc se produce en una serie de etapas consecutivas. Los procesos utilizados dependen de las concentraciones de los distintos metales contenidos en el concentrado y varían en consecuencia. Los procesos básicos comportan el uso zinc en polvo para precipitar impurezas como Cu, Cd, Ni, Co y Tl. La precipitación de Co y Ni comportan asimismo el uso de un segundo reactivo como óxidos de As o Sb. Existen variaciones en la temperatura de una planta a otra. También pueden usarse otros reactivos como hidróxido bárico y dimetilglioxima para eliminar el plomo y el níquel. La vía de recuperación para el subproducto de cobre puede afectar la elección del proceso.

La solución purificada pasa a una sección de células electrolíticas, donde se realiza la recuperación electrolítica del zinc con ánodos de plomo y cátodos de aluminio. El zinc se deposita en los cátodos y se forma oxígeno en los ánodos, donde también se genera ácido sulfúrico, que se recicla a la etapa de lixiviación. Durante la electrólisis se genera calor, que es absorbido por un circuito de refrigeración que puede estar diseñado para optimizar el balance de agua del proceso.

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Los cátodos producidos se desprenden automática o manualmente, y luego se funden en hornos eléctricos y se realizan aleaciones. Una pequeña parte del zinc producido se convierte en polvo de zinc o polvo para las etapas de purificación. Estas pueden realizarse mediante aire, agua o atomización centrífuga de una corriente de zinc fundido, o condensando vapor de zinc en una atmósfera inerte.

En cambio en el camino térmico existen diversas concepciones, que se distinguen en el proceso; con diferencias fundamentales entre todos ellos. Estos caminos son los siguientes:    

Retortas horizontales.

Retortas verticales.

Electrotérmico.

Reducción en horno de cuba (I.S.F)

siendo en éste caso necesarias otras dos etapas posteriores, una que depende de la materia prima, y otra del proceso seguido, que son respectivamente:  

Purificación.

Tratamiento de residuos.

Vemos, pues, que ambos caminos tienen un punto común, aunque metalúrgicamente sean distintos, que es la necesidad de realizar un tratamiento de los residuos, por tres motivos fundamentales:   

Conseguir aumentar la recuperación del zinc.

Recuperar los otros metales valorizables contenidos en los concentrados.

Condicionantes medioambientales.

El único proceso que puede competir con el procedimiento por vía electrolítica es el ISF, pero en éste los hornos mayores sólo han alcanzado los 80.000 toneladas de cinc y las 40.000 toneladas de plomo; sin embargo, la pureza del cinc es baja si no se instala una destilación fraccionada.

3. RECICLADO DE ZINC Aproximadamente un 30% del consumo anual de zinc en Europa es zinc secundario o reciclado. Aproximadamente un 50% de este zinc secundario se recicla en la industria de consumo o de uso. Esto es particularmente cierto en el sector de la galvanización y el latón; la chatarra derivada de la producción o proceso de productos puede reciclarse casi inmediatamente.

Los residuos y la chatarra que son relevantes para la industria de zinc secundario son:  

polvo de la producción de aleaciones de cobre, residuos de la industria de fundición a presión, 9

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    

cenizas, escorias superficiales y de fondo de la industria de galvanización, tejados antiguos y otros materiales en forma de láminas, fracción no férrea del desguace de automóviles y de otros productos compuestos principalmente de acero, polvo de la producción de acero con arco eléctrico y la fabricación de hierro colado, residuos de usos químicos del zinc y de la combustión de neumáticos.

En orden de escala, destacan los polvos de acería debido a su cantidad y alto contenido metálico. Metalúrgicamente hablando, es de interés la recuperación de Zn y Pb debido al contenido importante que presentan en la mayoría de los casos éstos residuos.

4. EL ACERO Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

Aceros (< 1,7 %) carbono HIERRO

Fundiciones (> 1,7 %) otros metales y/o elementos

otras aleaciones

Figura 3

El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con hasta 1.7% de carbono, y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, wolframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, es uno de los materiales de uso común que ofrece la mayor resistencia de carga con la menor sección, contrariamente a lo que ocurre con el hierro.

Este resiste muy poco la deformación plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S. XX y XXI. Un 92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio.

Sin hierro ni acero no se podrían fabricar automóviles, ni edificar rascacielos, ni construir las máquinas que fabrica la mayoría de los productos que existen. El hierro es el más barato e importante de los metales que se utilizan.

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La mayoría del hierro de la corteza terrestre está combinado con oxigeno, en forma de minerales de hierro, tales como la hematina (Fe203: 69.94% Fe – 30.06% O) y la magnetita (Fe3O4: 72.36% Fe – 27.64 % O). La hematita y la magnetita son las dos principales Fuentes de minerales de hierro, pero se puede también encontrar en forma de goethita, limonita (HFeO2: 62.85% Fe - 27.01% O - 10.14% H2O) y siderita (FeCO3: 48.20% Fe – 37.99% CO2 – 13.81% O).

La tecnología de fabricación del acero ha cambiado mucho en las últimas décadas bajo la presión de una mayor demanda, nuevas especificaciones y la necesidad de reducir el consumo de energía y material.

Los procesos siderúrgicos pueden partir de mineral o de chatarra. El cuadro de la figura 4 muestra, resumidamente, las vías siderúrgicas que parten de mineral, en función del equipo y reductor empleados.

MINERAL

HORNO ALTO

ARRABIO LÍQUIDO SIEMENS MARTIN

CONVERTIDOR

ACERO

HORNO DE ARCO

ACERO

ACERO

FUSIÓN REDUCTORA ARRABIO LÍQUIDO

CONVERTIDOR

HORNO DE ARCO

HORNO E.O.F.

ACERO

ACERO

ACERO

REDUCCIÓN DIRECTA HIERRO ESPONJA CUBILOTE + DESULFUR. FUNDICIÓN LÍQUIDA

CONVERTIDOR

ACERO

HORNO DE ARCO

HORNO E.O.F.

ACERO

HORNO DE ARCO

ACERO

ACERO

Figura 4: Siderurgia a partir de mineral 11

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Se denomina siderurgia o siderurgia integral a una planta industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir del mineral de hierro, mientras que se denomina acería a una planta industrial dedicada exclusivamente a la producción y elaboración de acero partiendo de otro acero o de hierro.

El siglo XIX vio un fuerte desarrollo de la siderurgia integral, que posibilitó la fabricación masiva de objetos y equipos de acero. El envejecimiento y desguace de los mismos generó grandes cantidades de chatarra, cuyo reciclado se convirtió en necesidad apremiante por razones económicas y ecológicas. La figura 5 representa esquemáticamente los procesos que reciclan chatarra para obtener acero líquido.

CHATARRA

CUBILOTE + DESULFURACIÓN FUNDICIÓN LÍQUIDA

CONVERTIDOR

HORNO E.O.F.

ACERO

HORNO DE ARCO

ACERO

ACERO

HORNO E.O.F.

ACERO

HORNO DE ARCO

ACERO

Figura 5: Siderurgia a partir de chatarra

El reciclaje es una característica fundamental del acero: debido a sus propiedades magnéticas es fácilmente separable y puede reutilizarse en su totalidad y sin un límite en el número de veces que puede repetirse esta operación.

5. RELACIÓN DEL ZINC CON LA INDUSTRIA DEL ACERO El acero es hasta el momento el metal más comúnmente utilizado hoy en día en el mundo. Satisface la mayor parte de las demandas de las principales industrias en términos de calidad técnica y económica. Sin embargo, existen una serie de limitaciones. Así, los aceros comunes no son resistentes a la corrosión. Las estructuras de acero no protegidas aparecerán cubiertas de óxido en varios días, e incluso horas después de su exposición a la humedad. Generalmente, la función de las estructuras de 12

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acero es la de soporte de la carga, por lo que una exposición prolongada puede dar lugar a daños en la integridad de la estructura con el consiguiente coste de reparación y/o sustitución. Siderurgia.

El término de galvanizado se utiliza casi exclusivamente para describir la formación de un recubrimiento de zinc sobre piezas de acero o hierro fundido, sumergiéndolas en un baño de zinc fundido. El galvanizado ha alcanzado, en el campo de la protección del acero contra la corrosión, una importancia especial al garantizar una protección a largo plazo, con necesidades muy reducidas de mantenimiento.

El acero es el material más reciclado. Se calcula que se reciclan al año 425 millones de toneladas de este material en todo el mundo. El reciclaje del acero usado (chatarra) es necesario para la producción del nuevo acero del orden del 100% en el caso del horno eléctrico de arco. Ello supone una importante reducción en el consumo de mineral (unas 710 millones de toneladas), un ahorro de carbón (estimado en 270 millones de toneladas) y de agua, entre otros elementos, y por tanto una mejora del medio ambiente.

Al tratar la chatarra en el horno eléctrico se emiten partículas sólidas (unos 10-20 Kg./ton. de acero producido), conocidas como polvo de acería o polvos de horno de arco eléctrico (Electric Arc Furnace Dust-EAFD), que se recogen en la depuración de humos.

Si se mira a las industrias siderúrgica y del zinc como un conjunto, es importante tener en cuenta que casi la mitad del zinc producido se destina a galvanizar. Además, tiende a crecer la demanda de chapa galvanizada y por ende la proporción de chatarra de acero galvanizado. Se puede prever un incremento del contenido de zinc en los polvos de horno eléctrico. Se podría interpretar también que los procesos de reciclado de polvos, al generar materias primas para la industria del zinc, cierran el círculo entre ambas industrias.

Acero Chatarras Residuales

Productos de Consumo

Horno de Arco Eléctrico Galvanizado de acero Polvo Residual

Zinc

Procesos Pirometalúrgicos y/o Hidrometalúrgicos

Óxido de Zinc

Zinc

Figura 6: El ciclo metalúrgico del Zinc asociado al acero 13

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La ruta de proceso utilizada para recuperar zinc depende de la forma y la concentración de zinc, y del grado de contaminación.

6. POLVOS DE ACERÍA DE HORNO ELÉCTRICO DE ARCO Los denominados “polvos de acería” son las partículas sólidas recogidas en las instalaciones de filtración de los humos que se producen durante las operaciones de fusión de chatarra y soplado del caldo en el proceso de obtención de acero.

La composición del polvo de acerías es muy variable, ya que depende principalmente del tipo de chatarra utilizada y del proceso de fabricación seguido; en general se pueden distinguir dos tipos de polvo: los generados en la fabricación de aceros especiales (PE), donde la chatarra sufre una clasificación previa y la adición de diferentes aleaciones en función del tipo de acero a fabricar, y polvos procedentes de la fabricación de acero común (PC) de más alto contenido de carbono, que utiliza chatarra con más impurezas procedentes generalmente de galvanizados, de menor coste y mayor contenido en zinc y plomo.

Figura 7: Esquema de un horno eléctrico de arco

En general, los polvos de acería están compuestos por tres grupos de partículas: Partículas de metales volátiles como Zn, Pb y Cd; partículas producidas por separación mecánica de la escoria e inclusiones no metálicas generadas por la expulsión de gotas de metal líquido hacia la atmósfera del horno.

Ahora bien, de acuerdo a estudios morfológicos realizados a polvos de acería, se demuestra que el proceso de formación del mismo tiene lugar en dos etapas: en primer lugar, la emisión de “precursores” como vapores, gotas de metal y partículas sólidas dentro del horno; en segundo lugar, la conversión de esos precursores en el polvo por aglomeración y transformaciones físico-químicas.

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Durante el transporte dentro del horno y luego en los sistemas de extracción y recolección, los precursores sufren transformaciones físicas como condensación, solidificación rápida de las gotas de metal, aglomeración y coalescencia de las partículas, y químicas como oxidación, que dan origen a la formación del polvo de acería.

Finalmente, las ferritas de Zn y Mn que son típicas en la composición de los polvos de acería, se generan por la oxidación de ambos elementos en el acero líquido y a altas temperaturas y en la presencia de Fe2O3 o Fe3O4, forman soluciones sólidas de los tipos ZnFe2O4/MnFe2O4, (Mn, Fe)Fe2O4 y (Mn, Fe)O. Además, la superficie de la escoria sobre el baño metálico tiene compuestos de los tipos (Mn, Zn)Fe2O4, (Mn, Zn)Fe2O4Fe3O4, Fe3O4-(Mn, Fe)O y (Mn, Fe)O, los cuales son expulsados hacia la atmósfera del horno cuando las burbujas de CO salen del baño, formando un polvo muy fino de espinelas de composición (Mn, Zn)Fe2O4 o (Mn, Zn)Fe2O4-Fe3O4.

Los tamaños de partícula oscilan entre menos de 1 μm y más de 100 μm, aunque el 50% tiene un tamaño inferior a 3–5 μm.

Figura 8: Fotomicrografía SEM, correspondiente a una visión general de los polvos de acería

Las propiedades físicas, como granulometría y la composición química de estos polvos, les confieren unas características que pueden hacer de ellos graves agentes de contaminación ambiental.

Los compuestos de los polvos de acerías presentan así mismo grandes niveles de toxicidad para las personas. Este potencial de contaminación condujo a que en EE.UU. y en la Unión Europea, los polvos de acería fuesen considerados desde la pasada década como residuos tóxicos y peligrosos (RTP), haciendo necesario el control de su deposición en vertederos especiales o su envío a plantas de tratamiento.

La gestión de polvos de acería está muy condicionada por la concentración en el polvo a tratar en plomo y zinc, fundamentalmente de este último compuesto. Para polvos de alto contenido de zinc, >15%, y plomo resulta recomendable la recuperación 15

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de estos compuestos mediante procesos de reciclaje, con el fin de enriquecer sus contenidos en zinc y plomo y para posteriormente llevar a cabo un tratamiento metalúrgico, para obtener esos metales en una forma comercial y vendible.

En la tabla 1 se recoge el rango de composiciones, que se puede considerar como estándar, para los polvos de acería:

Tabla 1: Composición estándar polvos de acerías Mayorit. >1% Interm. 0.1-1% Minorit. <0.1% Trazas ppm Fe 15-35 K 0.8-1 Sn 0.05-0.10 V <50 Zn 14-35 Al 0.3-0.6 P 0.05-0.10 Co <50 Ca 2-7 S 0.3-0.5 Ti 0.03-0.10 Mo <50 Cl 2-5 F 0.15-0.5 Cd 0.02-0.10 Zr <50 Pb 1.5-8 Cu 0.15-0.4 Ba 0.02-0.03 As <50 Mn 1.5-2 Cr 0.1-0.2 Ni 0.01-0.02 Hg 1-5 Mg 1-4 C 1-3 Na 1-2 Si 1-2

La industria siderúrgica produce aproximadamente 15 Kilos de polvos de acería por tonelada de acero fabricado, esto supone que anualmente en el mundo se generan unos 6 millones de toneladas de polvos de acería. No todos los polvos producidos en las acerías tienen suficiente contenido de zinc y plomo como para hacer viable un proyecto de reciclaje y enriquecimiento de zinc.

En resumen, los “polvos volantes o de acería” existen, y sin su producción no existiría la industria de la acería de horno eléctrico, insustituible hasta ahora en el esquema mundial o global de la producción de acero. De igual modo son una realidad las características físico-químicas de este producto, que le hace ser altamente contaminante o antiecológico, razón por la cual la mayoría de los Estados procuran y alimentan, bien su no-producción, o el adecuado procedimiento de transporte y subsiguiente tratamiento o su desaparición, con el consiguiente gasto económico que ello supone. Esto, junto con la posibilidad de recuperar, obteniendo beneficios económicos, los metales que contienen, hace que se investiguen nuevos procesos que eviten la acumulación en vertederos de estos residuos.

7. TRATAMIENTO DE LOS POLVOS DE ACERÍA Estos polvos, que antes se arrojaban a la atmósfera a través de la chimenea, perjudicando el ambiente laboral y geográfico, ahora se recuperan en las casas de humos. Una vez recuperados surge el interrogante de qué hacer con ellos. Inicialmente, los polvos se depositaron en terrenos propios o en depósitos de terceros. Luego surgió la posibilidad de reciclarlos externamente, a partir del aprovechamiento de su contenido de óxido de zinc.

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El reciclado interno también ha sido motivo de desarrollos. Es más atractivo en las plantas que producen aceros inoxidables donde se recuperan cromo y níquel.

La forma de evacuación más natural, es decir el vertido de estos residuos, resulta cada vez más difícil, debido, de una parte a la protección del medio ambiente así como a los costes cada vez mayores, y a las capacidades cada vez más reducidas de los depósitos para vertidos especiales. Además, en el vertido se pierden cantidades considerables de hierro, zinc y plomo inutilizadas.

Existen métodos de solidificación e inertización de polvos de acerías en general, pero todos ellos están basados en el empleo masivo de cemento más un activador, los cuales son caros y aumentan grandemente el volumen del material producido, además de obtener productos de forma arcillosa y poco compacta, al llevarlo al lugar de su vertido encarece éste.

La primera solución probada fue la de recircular el polvo al mismo horno que lo produce. De esta manera, puede recuperarse hierro y pueden concentrarse gradualmente óxidos de metales no ferrosos en los humos, pero pronto se experimentaron mayores dificultades en las acerías, en la carga del horno y la recogida de humos, los consumos de energía resultaron ser superiores, y disminuyó la producción de los hornos, así que se considera que el procedimiento no es deseable por motivos económicos y, sobre todo, medioambientales.

Resumiendo, el polvo es inadecuado para ser reciclado debido al aumento del contenido no ferroso, que tiene un efecto perjudicial sobre el acero producido.

En esta situación, plantearse la recuperación del zinc contenido en los polvos de acería se presenta como una consecuencia lógica y como una necesidad, y esto es lo que se consigue mediante la utilización de la mejor tecnología disponible, con lo que se logra que el zinc vuelva al circuito de uso.

Los procedimientos utilizados actualmente para la recuperación de los metales pesados presentes en los polvos de procedimiento de EAF se basan en procedimientos pirometalúrgicos (Waelz, Plasmadust, etc.), procedimientos hidrometalúrgicos (Zincex, Ezinex, etc.) y combinaciones de éstos.

El denominado proceso de Waelz es el proceso más usado actualmente para el tratamiento de polvos de humos de acería que se han de someter al citado proceso hidrometalúrgico o pirometalúrgico. Dicho proceso se centra en la concentración de óxido de zinc de los polvos hasta obtener un nuevo óxido de zinc que se denomina óxido de Waelz. El óxido de Waelz contiene 54-56% de Zinc y, de hecho, es una mezcla consistente en óxido de zinc, óxido de plomo, otros óxidos de metales volátiles y, que, sobre todo, incluye la mayor parte del cloro y del flúor presente en los polvos, así como cualquier polvo de < 1 mm arrastrado por los gases de salida del horno. El proceso de Waelz se lleva a cabo en un horno rotativo inclinado en el que entra una mezcla de polvos y coque fino así como, si es necesario, aditivos tales como óxido de calcio y arena para conseguir el movimiento rotativo. Mediante la adición de una contracorriente de aire se generan reacciones de combustión - reducción - oxidación a una temperatura de 1250º C. El proceso de Waelz ha revelado las siguientes desventajas: 17

Reciclado de Polvos de Acerías

(1).- existe la posibilidad de aumentar la formación de dioxinas-furanos por la cantidad de cloro que contienen los polvos de acería de alimentación, (2)- no elimina casi ninguna cantidad de cloro y flúor procedente de los polvos, lo que resulta en altos costes de mantenimiento, puesto que resulta necesario renovar los ladrillos refractarios dentro del horno rotativo debido a corrosiones graves producidas por el cloro y el flúor a temperaturas elevadas, (3).- se produce un gran impacto ambiental a la atmósfera producido por el elevado volumen de gases de combustión a la salida del horno rotativo, que resulta tan grave como el producido por el Horno Eléctrico de Arco, y (4).- tienen que llevarse a cabo tratamientos subsiguientes para eliminar cloro y flúor. Para ello, una posibilidad conocida es que el óxido de Waelz sea lixiviado junto con la solución de carbonato de sodio.

Los métodos tradicionales empleados en la obtención de zinc a partir de óxido Waelz son principalmente dos: el proceso Imperial Smelting y la electrólisis. El primero de ellos es un proceso pirometalúrgico en el cual se obtiene zinc metálico en una retorta vertical a partir de briquetas hechas de óxido Waelz u otros concentrados de zinc sinterizado y carbón calentadas hasta más 900º C. En el segundo, el óxido Waelz, junto con el óxido de zinc empleado habitualmente, se introduce en la etapa de lixiviación del proceso electrolítico con el fin de obtener una lejía electrolítica a partir de la cual se pueda obtener el zinc metálico. Estos dos tipos de procesos suelen usar como materia prima óxido de zinc sinterizado, conteniendo 50-60% de zinc, obtenido a través de rotación de menas de zinc en forma de blenda de zinc o esfalerita (ZnS) en lecho fluidizado a una temperatura superior a 800º C. Los limites admisibles de cloro y flúor contenidos en la materia prima quedan estrictamente limitados en ambos tipos de procesos ya que los halógenos poseen una capacidad de corrosión muy fuerte frente a una amplia gama de materiales tales como platino, níquel, hierro, acero, ladrillos refractarios, etc. a temperaturas elevadas. También aparecen corrosiones graves de cátodo y ánodo, así como conglomeración del cátodo durante proceso de electrólisis a temperatura baja. Por eso, las concentraciones de cloro y flúor dentro del electrolito deben quedar limitadas a máximos de 100 mg/l de cloro y 10 mg/l de flúor, respectivamente, para evitar la aparición de problemas. Como las concentraciones de fluoruros y cloruros en el óxido Waelz son elevadas, es preciso someter a este concentrado de zinc a una doble etapa de lixiviación con bicarbonato sódico, de manera que se obtiene un producto denominado óxido Waelz doblemente lixiviado (Double leached Waelz Oxide-DLWO) con menores concentraciones de cloruros y fluoruros.

De todas formas, en los procesos implantados industrialmente en la actualidad, el óxido Waelz, u otro concentrado de zinc similar, únicamente representa una pequeña parte de la alimentación.

Los procesos pirometalúrgicos en general suponen inversiones más caras que los hidrometalúrgicos y, por contra, presentan un mayor recuperación de los metales no ferrosos.

El proceso más económico es el hidrometalúrgico. En este sentido, la purificación por extracción con disolventes puede presentarse como una solución alternativa a la 18

Reciclado de Polvos de Acerías

purificación por vía química y ser aplicable en procesos de esta naturaleza de forma técnicamente viable y económicamente rentable.

El proceso de Zincex Modificado usa tres circuitos cerrados para la producción de zinc ultra puro. El primer ciclo (acuosa impura) combina la lixiviación ácida de la materia prima, cuando la materia prima considerada es un sólido, la neutralización, seguida de la extracción de zinc disuelto mediante un disolvente orgánico ácido, y el reciclado del ácido, que se produce en la fase acuosa durante la extracción de zinc, a la etapa de lixiviación. El segundo ciclo es un ciclo orgánico, con transporte de zinc desde la extracción hasta la reextracción a través de una etapa de lavado y con transporte del ácido en dirección opuesta. El tercer ciclo es la combinación de las etapas de reextracción y obtención del producto final, como puede ser la etapa de electrólisis, usando la acidez generada en la electrólisis, para reextraer el zinc de la fase orgánica, proceso en el cual cada ciclo está equipado con sus propias barreras de purificación. En vista del hecho de que este proceso está dirigido a las etapas de purificación y no está suficientemente enfocado a la materia prima, los residuos que genera son posiblemente contaminantes y no se disuelven las ferritas, este proceso aún no presenta aplicabilidad industrial.

En los procesos hidrometalúrgicos, lo deseable es disolver y recuperar la mayor cantidad de Zn, lo cual conlleva disolver el zinc tanto en forma de óxido como en forma de ferritas según el grado de ataque y proceso utilizado; lo que obliga a disolver el Fe.

Tabla 2 Alternativas actuales para el manejo de hornos eléctricos de arco (aceros al carbono) Alternativa

Variantes Sin tratamiento.

Depósito

Con tratamiento de insolubilización de metales pesados.

En el mismo horno eléctrico de arco.

Reciclado

Localización En siderurgia; en terceros.

En siderurgia; en terceros.

En siderurgia

Para obtención de óxido de zinc.

En terceros independientes o productores de zinc u óxido de zinc.

Para la obtención de arrabio y óxido de zinc.

En empresas de reciclados perteneciente a un grupo siderúrgico.

Comentarios La legislación ambiental tiende a prohibirlo.

Legalmente se trata como depósito de sustancia no peligrosa. Tecnología Super Detox y otras.

Para subir el porcentaje de zinc y venderlo a productores.

Compite con la minería del zinc.

Waelz es el proceso dominante, pero hay otros (Mitsui Furnace, Flame Reactor, proceso electrotérmico, Scan Arc).

Proceso PRIMUS.

Todos los procesos que se utilizan en la actualidad tienen como características comunes las siguientes:   

Altos costes de inversión.

Los precios de los metales sufren deducciones considerables.

Los gastos de fusión son apreciables.

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Reciclado de Polvos de Acerías

la conjunción de estas circunstancias hace que el valor final a recibir por el productor de óxidos, sea lo suficientemente exiguo, como para que los “polvos de acería” únicamente sean tratados al recibirlos gratuitamente e incluso siendo primado su beneficio.

8. TENDENCIAS TECNOLÓGICAS Las nuevas tendencias tecnológicas deben incrementar las recuperaciones, abaratar los costes y disminuir los problemas medioambientales relacionados con este sector industrial.

Dentro de los diferentes procesos pirometalúrgicos existentes para llevar a cabo la citada recuperación de zinc destacan los siguientes: los procesos basados en tecnología de arco de plasma, los procesos de horno de arco eléctrico, los procesos de convertidor, los procesos basados en reactores de llama y, especialmente, por ser el más común, el proceso Waelz.

- Procesos basados en la tecnología de arco de plasma Los procesos basados en la tecnología de arco de plasma son procesos de tratamiento de diversos tipos de residuos industriales que se descomponen por la acción del plasma generado.

Algunas de las principales compañías que aplican esta tecnología para el tratamiento de residuos, tanto industriales como urbanos, son: Plasco Energy Group (Ottawa, Canadá), Jacoby Group (Atlanta, EEUU) y Startech Environmental Corporation (Bristol, Reino Unido).

- Procesos de horno de arco eléctrico La mayor aplicación de este tipo de procesos es la producción de acero en las acerías eléctricas, aunque también se utilizan en el tratamiento de residuos metalúrgicos mediante el cual se pueden recuperar metales de cierto valor.

La división pirometalúrgica de la compañía Mintek ha desarrollado el horno de arco DC, especialmente diseñado para el tratamiento de residuos metálicos.

- Procesos convertidor La tecnología basada en la utilización de un convertidor se aplica en todo el Mundo para recuperar cobre, plomo, estaño, zinc y níquel, y para tratar residuos metálicos y urbanos. La gran variedad de usos se debe a la capacidad de la tecnología para operar en rangos de temperatura que oscilan entre los 1050 º C (temperatura de evaporación del plomo) y los 1500 º C (temperatura de evaporación del hierro).

El proceso enfocado a la recuperación de zinc habitualmente consiste en una etapa de fusión en la que además se produce una reducción, aunque dependiendo de las características de la alimentación es posible utilizar una etapa de reducción adicional.

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Las principales compañías que utilizan este tipo de procesos son Korea Zinc, Young Pong Corp. y Mitsui Mining & Smelting.

- Procesos de reactor de llama Este tipo de procesos, al igual que los anteriores, también se utilizan para tratar residuos sólidos industriales y urbanos.

En la primera etapa que acontece en el reactor de llama tiene lugar la combustión, produciéndose la gasificación de los componentes volátiles de los residuos a tratar. En la segunda etapa, tienen lugar las reacciones de fusión de las diferentes especies metálicas. Los componentes no volátiles del residuo alimentado forman la escoria que sale del horno.

- Proceso Waelz El proceso Waelz, como ya hemos visto, se fundamenta principalmente en el tratamiento de los polvos de acería en un horno rotativo, denominado horno Waelz, en el que se producen las reacciones de oxidación – reducción necesarias para separar los metales pesados, fundamentalmente zinc y plomo, que son reoxidados formando el óxido Waelz.

Por otra parte, cualquier proceso hidrometalúrgico generalmente está constituido por las siguientes tres etapas: 1) una etapa de lixiviación en la que se produce el ataque químico en fase acuosa del metal que se desea recuperar, 2) una o varias etapas de purificación, mediante las que se pretende retirar determinadas impurezas de la disolución antes de que ésta sea sometida a la etapa de precipitación, y 3) una etapa de precipitación que se utiliza para separar el metal valioso de la disolución.

1.- Etapa de lixiviación La etapa de lixiviación es la base de los procesos hidrometalúrgicos. Éstos se clasifican en función del carácter ácido, neutro o básico de la lejía lixiviante utilizada en esta etapa. a) Lixiviación de carácter ácido Dentro de las lixiviaciones de carácter ácido las más comunes son aquellas en las que se emplea una disolución de ácido sulfúrico o clorhídrico como agente lixiviante.

- Lixiviación con H2SO4: La lixiviación de concentrados de zinc con disoluciones de ácido sulfúrico se puede utilizar para obtener lejías de sulfato de zinc con el fin de obtener zinc metálico mediante un proceso electrolítico, o bien para obtener uno de los compuestos de zinc, como pueden ser ZnO o ZnSO4·nH2O, mediante las etapas de acabado que se precisen.

Además de la lixiviación sulfúrica tradicional existen algunas alternativas como inyectar SO2 durante la etapa de lixiviación, práctica mediante la cual se consigue mejorar el rendimiento de lixiviación de zinc

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Reciclado de Polvos de Acerías

En los últimos años se ha investigado la recuperación de zinc mediante la utilización de sistemas de extracción líquido-líquido. Se trata de utilizar un sistema de extracción en contracorriente del zinc contenido en disoluciones de ácido sulfúrico.

De todas formas, el mayor problema existente en la lixiviación de zinc es la presencia de especies ferríticas, del tipo ZnFe2O4, en los concentrados o residuos industriales a tratar.

- Lixiviación con HCl: Las principales aplicaciones de las lixiviaciones ácidas en medio clorhídrico son la obtención de cloruro de zinc y de óxido de zinc después de las etapas de purificación y acabado necesarias. A pesar de que el tratamiento de este tipo de lejías mediante electrólisis es factible, no es recomendable ya que los cloruros contenidos en ellas deben ser retirados de la disolución, ya que disminuyen considerablemente el tiempo de vida útil de los electrodos. Para llevar a cabo dicha eliminación de cloruros, con el fin de tratar la lejía electrolíticamente, el proceso más común es la utilización de un sistema de intercambio iónico.

Al igual que en el caso en el que se utilizan lejías sulfúricas como agentes lixiviantes, la presencia de ferritas de zinc es una de las limitaciones más importantes que se encuentran a la hora de maximizar la lixiviación de zinc.

De manera análoga a lo comentado en el caso de la lixiviación sulfúrica, se han estudiado sistemas de extracción líquido-líquido con el fin de recuperar el zinc presente en lejías clorhídricas. b) Lixiviación de carácter neutro Los resultados obtenidos, en lo que a la lixiviación de zinc se refiere, en los diversos ensayos realizados utilizando lejías de carácter neutro para lixiviar concentrados y residuos industriales con alto contenido en zinc son claramente inferiores a los obtenidos en medio ácido y básico. Como ejemplo, al utilizar agua como agente lixiviante, la cantidad de zinc que se consigue lixiviar es menor al 20 %.

Por ello, las vías más utilizadas para recuperar zinc se basan en lixiviaciones ácidas o básicas. c) Lixiviación de carácter básico En los últimos años se han desarrollado varios procesos de recuperación de zinc que se basan en lixiviaciones de carácter básico. Las lejías lixiviantes más utilizadas son aquellas formadas por disoluciones de: NH3, (NH4)2CO3, (NH4)2SO4, NaOH y, en algunos casos, mezclas de éstas. Aunque los porcentajes de lixiviación de zinc suelen ser considerables, no son tan elevados como los obtenidos mediante vía ácida.

- Lixiviación con NaOH: La principal utilidad de los procesos basados en lixiviaciones que utilizan disoluciones de hidróxido sódico como agente lixiviante es la obtención de óxido de zinc.

La ventaja más destacada de este tipo de lixiviaciones es que apenas se lixivian el hierro y el calcio, lo cual facilita la purificación del zinc.

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Reciclado de Polvos de Acerías

Llevando a cabo lixiviaciones convencionales en las que se utilizan disoluciones de NaOH de diferentes concentraciones, no se consigue lixiviar más del 40 % del zinc presente en el concentrado o residuo industrial con alto contenido de zinc.

En los últimos años, con el fin de mejorar el rendimiento de lixiviación de zinc, se han estudiado diversas alternativas. En la investigación recogida se llega a la conclusión de que ni las lixiviaciones a presiones superiores a la atmosférica ni la aplicación de microondas y/o ultrasonidos durante la etapa de lixiviación mejoran de manera apreciable dicho rendimiento de lixiviación. En cambio, se recogen dos alternativas que sí consiguen aumentar el rendimiento de lixiviación de zinc con disoluciones de NaOH. La primera de ellas consiste en hidrolizar el concentrado de zinc y posteriormente fundirlo con NaOH, de esta manera se consigue aumentar la lixiviación de zinc hasta un 95 %. La segunda alternativa consiste en fundir directamente el concentrado de zinc con NaOH, sin la etapa previa de hidrólisis, de esta forma el rendimiento de lixiviación de zinc es de aproximadamente el 65 %.

- Lixiviación con amoníaco y sus derivados: La utilización más común de este tipo de lejías es la obtención de óxido de zinc. Para ello, lo más habitual es la utilización de una disolución de carbonato amónico como agente lixiviante, en este proceso se alcanzan porcentajes de lixiviación de zinc próximos al 45 %. Para incrementar la recuperación de zinc, íntimamente ligada al pH de la disolución, se ha estudiado la posibilidad de añadir amoníaco comercial a la disolución de carbonato amónico, de esta manera se han conseguido lixiviaciones de zinc superiores al 75 %.

Una de las mayores ventajas que presenta este tipo de lixiviación es la dificultad para lixiviar hierro y plomo, dos de las impurezas principales del zinc en los polvos de acería, lo cual facilita el ulterior proceso de purificación de la lejía.

2.- Etapas de purificación en procesos hidrometalúrgicos Durante la etapa de lixiviación no sólo se consigue pasar a la lejía el zinc, sino que otras impurezas metálicas como el hierro, el plomo, el cadmio o el cobre también son lixiviadas. Por ello, previamente a las etapas de acabado, es necesario purificar la lejía con el fin de eliminar la máxima cantidad de las citadas impurezas.

Las etapas de purificación más comunes son la oxidación y la cementación.

En la etapa de oxidación el objetivo que se pretende principalmente es la eliminación del hierro. El hierro, tras la lixiviación, se encuentra básicamente como Fe2+ que, mediante la adición de un agente oxidante, se oxida a Fe3+ y precipita como Fe(OH)3. Se ha estudiado la utilización de diferentes agentes oxidantes, siendo los principales el peróxido de hidrógeno, aire, bióxido de manganeso y una combinación de estos dos últimos. En todos estos casos se recomienda que el pH de oxidación se encuentre entre 3 y 4, ya que es preciso encontrar un equilibrio entre la oxidación (favorecida por pH bajos) y la precipitación del hidróxido férrico (favorecida por pH altos). Además de la utilización de los agentes oxidantes anteriormente citados, también se ha estudiado la eliminación de hierro mediante hidrólisis, provocando su precipitación a un pH controlado próximo a 4. En esta operación se utiliza óxido de zinc como agente neutralizante.

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Una vez eliminado el hierro, se deben eliminar el resto de impurezas metálicas que contiene la lejía. Esto se consigue mediante una cementación en la que las impurezas metálicas se reducen mientras que el agente cementante se oxida, ver reacción. Las impurezas ya en su estado metálico se depositan sobre la superficie del agente cementante precipitando. El agente cementante más comúnmente utilizado es el polvo de zinc. n/2·Zn0 + Mn+ → n/2·Zn2+ + M0 3.- Etapas de acabado en procesos hidrometalúrgicos En función del compuesto de zinc que se desee producir es preciso someter a la lejía purificada a una o varias etapas de acabado. A continuación se describen las principales etapas de acabado utilizadas con el fin de producir zinc metálico, óxido de zinc, sulfato de zinc en diferentes grados de hidratación y cloruro de zinc.

La principal etapa de acabado, por ser el zinc metálico el producto más demandado, es la electrólisis de lejías sulfúricas con alto contenido en zinc. El proceso de electrólisis transcurre de manera similar al proceso electrolítico para la obtención de zinc a partir de una fuente de zinc primario.

Para obtener el óxido de zinc a partir de una lejía purificada generada en la etapa de lixiviación existen dos posibilidades. La primera de ellas consiste en carbonatar una lejía amoniacal mediante borboteo de CO2. Como consecuencia de la disminución del pH provocada por el CO2 se precipita el zinc en forma de ZnCO3 que, mediante calcinación, se transforma en ZnO. La segunda alternativa, recomendada en el caso de lejías ácidas, consiste en adicionar NaOH o Ca(OH)2 con el fin de provocar la precipitación del zinc como Zn(OH)2. A partir de ese hidróxido de zinc se produce ZnO también mediante calcinación.

La obtención de ZnSO4·7 H2O a partir de una lejía sulfúrica concentrada de zinc se lleva a cabo mediante evaporización a temperatura controlada. Continuando con el secado, a temperaturas superiores a 30 ºC, se obtiene ZnSO4·6 H2O, el sulfato de zinc de menor aplicación. A partir de este sulfato de zinc hexahidratado se puede producir ZnSO4·H2O mediante deshidratación térmica o deshidratación química utilizando etanol al 95 % (v/v).

La obtención de ZnCl2 a partir de una lejía clorhídrica se lleva a cabo mediante la deshidratación de la misma. Para eliminar totalmente la humedad que pueda permanecer en el sólido se recomienda llevar a cabo el secado a una temperatura ligeramente inferior a su temperatura de fusión, 290 ºC. Atendiendo a toda la tecnología existente, hemos de destacar como proceso de gran interer el denominado “EXCINOX”, cuya originalidad del procedimiento radica en la elección, secuencia y acoplamiento de las técnicas y procesos empleados, y en su adaptación a las características, tipo y cantidad de producto a tratar, haciéndolo técnica y económicamente viable, consiguiendo con ello la mejor solución medioambiental.

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Dicho proceso, para el tratamiento de óxidos de acerías o similares, constituye una oportunidad única de negocio en la actual metalurgia del zinc y garantiza una elevada rentabilidad económica.

A modo de ejemplo, Asturiana del Zinc S.A. facturó en el 2011unos 943 millones de € y obtuvo un beneficio neto de 110 millones de €, mientras que en las mismas condiciones de mercado con una facturación, mediante nuestro proceso, de 298 millones de € se habría obtenido los mismos 110 millones de € de beneficio neto. Es decir, el beneficio se triplica en relación a la metalurgia tradicional del zinc.

Es decir, esta combinación de procesos garantiza las siguientes condiciones de trabajo a nivel industrial: • • • • • • • • •

Gran flexibilidad de tratamiento de materia prima.

Gran flexibilidad en operación.

Facilidad de automatización y control.

Menor inversión en instalaciones y existencias en curso.

Menor necesidad de mano de obra.

Menor coste energético.

Mayor garantía de calidad.

Mayor beneficio de los metales secundarios.

Mayor control medioambiental.

El proceso está protegido por la Patente de Invención Núm. 201231557 otorgada por la Oficina Española de Patentes y Marcas.

En conclusión: - El proceso Excinox para el tratamiento de óxidos de zinc procedentes de las acerías eléctricas es técnicamente viable.

- La capacidad nominal para que una planta de este tipo sea viable económicamente se encuentra sobre el 50 % de la capacidad de una planta que utilice como materia prima concentrado de zinc (blenda).

- El coste de esta materia prima, por su caracterización como residuo tóxico y peligroso, es gratuito e incluso se prima su beneficio.

- El rendimiento, la inversión y el coste de la materia prima garantizan un beneficio económico muy superior a cualquier planta tradicional que produzca zinc a partir de blenda.

Antonio Ros Moreno Cartagena, septiembre 2011

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ANTONIO ROS MORENO

CURRICULUM VITAE

Nombre: Fecha de nacimiento: Dirección:

Antonio Ros Moreno 05 de mayo de 1961 C/ Cartagena (Murcia) Telf.: E-mail: rosegea@ono.com

TITULACIÓN: 

Ingeniero Técnico de Minas; Especialidad en Mineralurgia y Metalurgia.



Técnico Superior en Prevención de Riesgos Laborales (Seguridad).



Estudios de Administración y Dirección de Empresas.

EXPERIENCIA PROFESIONAL: 

Actual: Búsqueda de trabajo, desarrollo de Patente de Invención Núm.

201231557 otorgada por la Oficina Española de Patentes y Marcas, redacción y publicación de manuales técnicos, asesoramiento y promoción de proyectos.



2003–2010 (Cierre Empresa): Jefe de Producción Hidrometalúrgica y Control de Procesos en Española del Zinc, S.A.



1987–2003: Jefe de Producción y Mantenimiento Hidrometalúrgico en Española del Zinc, S.A.



1984–1987: Jefe de Turno de Lixiviación en Española del Zinc, S.A.

ACTIVIDADES: Jefe de Producción Hidrometalúrgica y Control de Procesos en empresa metalúrgica-química con un equipo humano de unas 300 personas (180 bajo mi responsabilidad directa), incluyendo las siguientes funciones: - Gestión de los recursos asignados a fabricación según las directrices marcadas, asegurando la optimización de las materias primas, de los recursos humanos, de los equipos y, así, de los niveles de calidad requeridos.

- Planificación integral de todas las operaciones productivas en coordinación con otros departamentos afectados, implementación, seguimiento y control de los procedimientos de fabricación y las productividades asociadas.

- Participación en el diseño e implementación de la Mejora Continua.

- Implementación de la política de personal (selección, formación, etc.) de acuerdo a las directrices de la Dirección de Operaciones.

EXPERIENCIA EN PROCESOS PRODUCTIVOS: Los principales procesos industriales en los que he trabajado en su planificación, gestión y control son: (1).- Calcinación de mineral en Horno de Fluidificación (260 t/día). (2).Producción de vapor en Caldera de 42 bar. (12 t/h). (3).- Producción de ácido sulfúrico (254,4 t/día). (4).- Tratamiento de aguas residuales (1.000 m3/día). (5).- Lixiviación y purificación de calcinas (1.500 m3/día). (6).- Extracción con solventes orgánicos de metales (20.000 t/año). (7).- Electrolisis de sulfatos (50.000 t/año). (8).- Fusión en Hornos de inducción y moldeo de aleaciones (50.000 t/año).

Destacando el conocimiento de la dinámica y cálculo de los principales parámetros de los distintos procesos: (a).- Operaciones físicas unitarias (sedimentación, flotación, filtración, centrifugación, evaporación, adsorción, aireación, etc.). (b).Procesos químicos unitarios (neutralización, precipitación, coagulación y floculación, oxidación-reducción, procesos electroquímicos, extracción con disolventes, intercambio iónico, desinfección, etc.). (c).- Procesos biológicos unitarios (tratamientos aerobios, anaerobios y anóxicos). (d).- Incineración de residuos y su problemática medioambiental. (e).- Vertido y almacenamiento controlado de residuos (especialmente como jarofix). (f).- Auditorias de residuos (propósito y ventajas, alcance, elementos esenciales, metodología y gestión).

EXPERIENCIA EN MANTENIMIENTO Y PROGRAMACIÓN DE PARADAS: (1).- Planificación y coordinación de las labores de mantenimiento mecánico, eléctrico e instrumentación (tanto preventivo, predictivo, correctivo como legal), dirigiendo y coordinando el equipo de profesionales a mi cargo, responsabilizándome también de la gestión del almacén y de los servicios generales de la planta. (2).- Implementación del Plan de Mantenimiento basado en RCM y TPM. (3).- Implantación GMAO y conocimiento de SAP (integrado sistema ERP). (4).- Auditorías Técnicas y de Gestión de Mantenimiento. (5).- Organización, planificación y optimización de paradas mensuales, cuatrimestrales y anuales.

Matizando la utilización de las siguientes técnicas específicas de mantenimiento: (a).- Análisis de Fiabilidad de Equipos. (b).- Alineación de Ejes. (c).- Equilibrado de Rotores. (d).- Diagnóstico de Fallos en Equipos. (e).- Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección. (f).- Análisis de Averías. (g).- Técnicas de Mantenimiento Predictivo. (h).- Análisis de la degradación y contaminación del aceite. (i).- Análisis de Vibraciones. (j).- Planificación de tareas.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS: Dirección de Obras: - Instalaciones de extracción con disolventes y lavado de la jarosita. - Caldera auxiliar de proceso. - Instalaciones de Filtros Banda. - Depuradora de aguas residuales. - Instalaciones de tratamiento de cementos de cobre. - Depósitos de tratamiento de fangos residuales y tanques de mezcla para ácido.

Calidad y Seguridad: - Colaboración en la implantación de las Normas de Calidad 9002/94 y 9001/2000. - Participación en desarrollo e implantación Plan de Prevención de Riesgos Laborales. - Realización de Auditorías Internas de Calidad. - Investigación de accidentes.

I+D+i: - Investigación y desarrollo del proceso “Excinox” para tratamiento de materias secundarías de zinc por extracción (Patente de Invención Núm. 201231557). Participación en investigación y desarrollo del proceso “Recox” para tratamiento de óxidos de zinc. - Investigación, desarrollo e implantación nuevo tratamiento del cemento de cobre. - Participación en investigación, desarrollo y puesta en marcha del proceso “Excinres”. - Investigación de métodos múltiples en la cementación y diversos tipos de reactivos. - Investigación del proceso “LAF” para obtención de plomo y jarosita. - Pruebas de filtración y depuración de líquidos residuales. - Investigación y desarrollo procesos de tratamiento de Ulexita boliviana.

Docente: - Profesor en Cursos de Operador de Planta Química y Mantenimiento en Instalaciones Industriales. - Publicación de varios artículos con certificado ISSN (http://www.mailxmail.com/autor-antonio-ros-moreno-2).

Otras actividades: - Desarrollo de programas para el Control de Procesos. Participación redacción Estudio de Impacto Territorial (Modificación nº 130 PGC).

FORMACCIÓN ADICIONAL: - Inglés a nivel de traducción. - Conocimientos de Ofimática. - Curso de Mantenimiento. - Logística Aplicada. - Cursos ISO 9000/2000, Auditorías Internas de Calidad, Plan de emergencia Interior y Riesgos Laborales en Minería. - Cursos de Ingeniería Medio Ambiental e Hidrometalurgia. - Curso de Operación de Calderas.

Atte.

Antonio Ros Moreno