Tendencias Tecnolgicas-Reciclado de Polvos de Horno Elctrico

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Tendencias tecnológicas:

Reciclado de polvos de horno eléctrico

El aumento de la producción de

acero por la vía hornos eléctricos

de arco, la tendencia a revestir

las chapas de acero con cinc

para prevenir su corrosión,

aumentando así la proporción de

chatarra galvanizada a disponer

en el futuro, más las exigencias

ambientales crecientes, son

factores que permiten prever

que el reciclado de los polvos

de hornos eléctricos de arco

seguirá creciendo, más allá de la

coyuntura actual.

Las alternativas disponibles

son variadas pero tienen un

costo. La colaboración entre las

industrias del cinc y del acero, los

desarrolladores de tecnología y

los proveedores de equipamiento

pueden aliviar la carga y aportar

soluciones sustentables con

beneficio para las empresas y la

comunidad.

actualización tecnológica

Por Jorge Madías*

* Gerente de empresa «Metalurgia», Argentina.

Introducción

Los hornos eléctricos de arco generan gases de escape, que al salir del horno, arrastran numerosas partículas finas. Estas partículas, denominadas usual-mente polvos de horno eléctrico, están compuestas por elementos provenientes del acero, de la escoria y de la carga, in-cluyendo hierro, cinc y metales pesados como el plomo y el cadmio, que se volati-lizan durante el proceso.

La presencia de estos metales implica que el polvo se clasifique como residuo peligroso [1]. La EPA, Agencia de Pro-tección Ambiental de Estados Unidos, lo hizo así en 1980 y diversos países y regiones se sumaron posteriormente. La cantidad de partículas generada varía de planta a planta, pero se estima un míni-mo de 15 kg/t y un máximo de 25 kg/t.

Estos polvos, que antes se arrojaban a la atmósfera a través de la chimenea, per-judicando el ambiente laboral y geográ-fico, ahora se recuperan en las casas de humos. Una vez recuperados surge el in-terrogante de qué hacer con ellos. Inicial-mente, los polvos se depositaron en terre-nos propios o en depósitos de terceros. Luego surgió la posibilidad de reciclarlos externamente, a partir del aprovecha-miento de su contenido de óxido de cinc.

El reciclado interno también ha sido mo-tivo de desarrollos. Es más atractivo en las plantas que producen aceros inoxida-bles donde se recuperan cromo y níquel.

En este artículo se presentan las distin-tas alternativas que se utilizan a nivel in-dustrial para el manejo de estos polvos (Tabla 1). El eje está puesto en los polvos provenientes de la fusión de aceros al carbono. No se considera la minimiza-ción de la formación de polvo porque si bien es posible y necesaria, tiene lími-tes técnicos y económicos concretos; tampoco se considera la eliminación del cinc de la chatarra, acción que se reali-za comercialmente en Europa y Japón para la industria de la fundición, reque-rida por los problemas que se generan en los cubilotes y hornos de inducción. No se incluyen los procesos que no han alcanzado la escala industrial o que, aún alcanzándola, han dejado de operar.

En la Tabla 2 se presenta una evolución de la generación de polvos, su reciclado y la obtención del cinc a partir del reci-clado [2].

Si se mira a las industrias siderúrgica y del cinc como un conjunto, es importan-te tener en cuenta que el 80% del cinc producido se destina a galvanizar acero. Además, tiende a crecer la demanda de chapa galvanizada y por ende la propor-ción de chatarra de acero galvanizado [3] (Figura 1). Se puede prever un incremen-to del contenido de cinc 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 cinc, cierran el cír-culo entre ambas industrias.

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Alternativa Variantes Localización actual Comentarios

Depósito Sin tratamiento. En siderurgia; en terceros. La legislación ambiental tiende a prohibirlo.

Con tratamiento En siderurgia; en terceros. Legalmente se trata como de insolubilización de metales depósito de sustancia no pesados. peligrosa. Tecnología Super Detox y otras.

Reciclado En el mismo horno eléctrico En siderurgia. Para subir el porcentaje de arco. de cinc y venderlo a productores.

Para la obtención de óxido En terceros independientes Compite con la minería del de cinc. o productores de cinc u óxido cinc. Waelz es el proceso de cinc. dominante, pero hay otros (Mitsui Furnace, Flame Reactor, proceso electro- térmico, Scan Arc).

Para la obtención de arrabio En empresa de reciclados Proceso PRIMUS. y óxido de cinc. perteneciente a un grupo siderúrgico.

Región 1991 1996 2001

Generación de polvos (x 1.000 t/año) Europa Occidental 530 600 670

América del Norte 520 675 780

Japón 450 495 520

Resto del mundo 580 650 720

Total 2080 2420 2690

Polvos tratados para producir cinc (x 1.000 t/año) Europa Occidental 230 350 420


Japón 240 370 450


Total 890 1290 1620

Porcentaje de polvo tratado 43 53 60

Contenido promedio de cinc (%) 15 18 20

Capacidad de tratam. faltante (x 1.000 t/año) 1.170 1.130 1.070

Cinc recuperado del polvo (x 1.000 t/año) Europa Occidental 41 63 84


Japón 35 66 80


Total 134 232 324

Cinc «perdido» (x 1.000 t/año) 175 203 214

Tabla 1 Alternativas actuales para el manejo de los polvos de hornos eléctricos de arco (aceros al carbono)

Tabla 2 Generación y reciclado de polvos de horno eléctrico, y producción de cinc a partir de esos polvos,

en distintas regiones del mundo

En América Latina, si bien predomina ampliamente el depósito sin tratamiento en terrenos preparados a ese efecto, se están dando pasos importantes en el re-ciclado de los polvos.

Como se mencionara anteriormente, el cinc y el plomo contenidos en la chata-rra, en su mayor parte se volatilizan; sólo una pequeña parte pasa al metal y a la escoria [4].

Las partículas de polvo atrapadas en los filtros bolsa de los sistemas de extracción de humos de los hornos eléctricos son el resultado de una serie de fenómenos: emisiones del baño, transporte por el flujo de gas en el sistema de extracción de humos y transformaciones físicas y químicas que ocurren durante ese trans-porte. Se distinguen los mecanismos de los precursores de polvos (vapores, gotas líquidas y partículas sólidas), de los me-

canismos de transformación en polvo de estos precursores [5].

En la Figura 2 se presentan esquemáti-camente los mecanismos de los precur-sores de polvos.

Desde el punto de vista de la estructura cristalina, el polvo está constituido por espinelas del tipo (Fe, Zn, Mn) OFe2O3, de fases vítreas ricas en FeOx, SiO2 y CaOy de zincita (ZnO).

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Depósito

Al introducirse en las acerías eléctricas los sistemas de recolección de humos, comenzó el problema sobre qué hacer con los polvos recuperados en los filtros. La primera solución, todavía utilizada, fue la de los depósitos, ya sea en terre-nos propios de las siderúrgicas o bien en terceros (en Alemania, por ejemplo, se utilizaron minas abandonadas).

Debido a la presencia de metales pesa-dos que pueden ser lixiviados y contami-nar napas y corrientes de agua, los requi-sitos legales para los depósitos fueron creciendo. Se exigieron precauciones especiales para evitar esa incorporación de metales pesados. Posteriormente, en algunos países se comenzó a exigir que el polvo a depositar pasara por un trata-miento de estabilización, para permitir un manejo como residuo no peligroso.

En Estados Unidos, Bethlehem Steel Corporation desarrolló en los Homer Re-search Laboratories la tecnología llama-da Super Detox, actualmente manejada por EnviroSource Technologies. Se trata de un proceso de estabilización que invo-lucra una serie de complejas reacciones físicas y químicas, incluyendo oxidación/reducción, insolubilización de metales, polimerización de silicatos, liga puzoláni-ca y solidificación. Este proceso cambia químicamente los metales a su estado menos soluble y físicamente los inmo-viliza. El material estabilizado tiene baja permeabilidad y alta resistencia [6].

La primera planta Super Detox fue insta-lada dentro de Northwestern Steel and Wire, en Sterling, Illinois. Hay otra en Idaho y una tercera en la localidad de Oregon, Ohio [6].

En Estados Unidos, la competencia entre a) la estabilización del polvo y su depósi-to como residuo no peligroso, que hemos descrito en esta sección y b) el reciclado para uso en la fabricación de cinc –que explicaremos en la sección siguiente– ha dado lugar a fuertes polémicas con la in-tervención de diferentes actores y a una judicialización de este enfrentamiento [1].

Reciclado

Los productores de cinc requieren ma-terias primas con un contenido mayor al 18% de cinc. En general, los polvos de horno eléctrico tienen un contenido me-nor. Existe la posibilidad de enriquecer el polvo en cinc reciclándolo en el horno o sometiéndolo a procesos pirometalúrgi-cos que lo enriquezcan. También hay un proceso para recuperar el hierro en for-ma de arrabio.

Figura 1 Evolución del porcentaje de chatarra de acero galvanizado en el total de

chatarra para horno eléctrico de primera calidad

Figura 2 Mecanismos de formación de los precursores de polvos

Volatilización: 1) en el arco eléctrico; 1’) en la zona de impacto del chorro de oxígeno; pro-yección de gotas: 2) en el arco eléctrico; 2’) en la zona de impacto del chorro de oxígeno; 3) proyección de gotas en atmósfera oxidante, sufriendo una rápida descarburación; des-prendimiento directo de partículas sólidas provenientes de adiciones en el horno (4) o de la chatarra (5).

291989 1994 2000

31

35

36

37

38

41

Cha

tarr

a (%

)

Electrodos de grafitoSistema deextracciónde humos

5 4

3

1

1’

22’

Acero

Lanza deoxígeno

Estos procesos se realizan en la siderur-gia, en empresas independientes (que es lo más usual) y en empresas productoras de cinc o de óxido de cinc. En la Tabla 3 se presentan las principales caracterís-ticas de algunas de las plantas que po-seen equipamientos para realizar estos procesos.

La situación favorable en los últimos años en cuanto a los precios crecientes del cinc y el hierro, dio como resultado que durante el año 2008 comenzaran di-versos proyectos de plantas de reciclado de polvos, algunos de los cuales es pro-bable que se demoren o paralicen en la nueva situación por la que atraviesa la economía mundial.

Entre ellos vale la pena mencionar la planta de Heritage Environmental, en Blytheville, Arkansas, Estados Unidos, que procesaría los polvos de Nucor Blytheville y Hickman. Se utiliza el proce-so PIZO (Pig Iron, Zinc Oxide). La capaci-dad es de 50.000 t/año. Se prepara una briqueta autorreductora con la que se ali-menta un horno de inducción con canal, que contiene arrabio y escoria líquidos. El Zn, Pb y Cd se reducen, vaporizan, oxi-dan y recogen en el sistema de salida de gases. El Fe se reduce y va al metal líqui-do y los óxidos como SiO2 y CaO van a la escoria. El arrabio se puede usar líquido en los hornos cercanos o solidificar en lingotes [21].


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Indiana Melting and Manufacturing (IMM) está haciendo una planta de pro-ducción de frita abrasiva, denominada comercialmente Spin-El, en La Porte, In-diana, Estados Unidos. La capacidad no-minal del polvo a procesar es de 15.000 a 20.000 t, dependiendo de la proporción de vidrio reciclado (cullet) y arena de fun-dición que se utilicen. Esta planta usa un horno de combustión sumergida (SCM), desarrollado en Ucrania para hacer lana de vidrio. Este proceso no recupera cinc y puede operar con polvos de bajo tenor de cinc, compitiendo con los depósitos [21].

También cabe mencionar el horno Waelz de Votorantim, que se presenta en la sec-ción correspondiente a América Latina.

A las plantas detalladas en la Tabla 3 hay que agregar las que procesan polvos provenientes de hornos eléctricos que

producen aceros inoxidables, donde el principal objetivo es la recuperación del cromo y níquel. Entre ellas cabe mencio-nar a:

• INMETCO, Elwood City, PA, Estados Unidos, que opera desde 1978 con un horno de solera rotativa y un horno eléctrico de arco; capacidad de 60.000 t/año [22].

• BEFESA Scandust, Landskrona, Sue-cia, que opera desde 1987, con un horno de cuba equipado con antor-cha de plasma y un condensador de plomo y cinc; capacidad de 65.000 t/año [9, 23].

• BEFESA Valera, Gravelines, Francia, que carga briquetas en dos hornos eléctricos de arco sumergido; capaci-dad de 120.000 t con el nuevo horno 1 operando desde 2007 [9].

• Ugine & ALZ, Savoie, Francia, desde 2000 inyecta polvo en el horno eléctri-co [13].

Reciclado en hornos eléctricos de arco

Este proceso se ha realizado mediante la inyección neumática directa del polvo sobre el acero líquido o haciendo previa-mente una peletización en frío. Un ejem-plo actual del primer caso es la planta de Edelstahlwerke Südwestfalen, del grupo Swiss Steel, en Siegen, Alemania, que posee un horno eléctrico de arco de 120 t [12] y produce aceros para construcción mecánica e inoxidables. En la Figura 3 se presenta un esquema del proceso.

El polvo es transportado neumáticamen-te a la lanza de inyección, montada en un manipulador de lanzas BSE. La salida de la lanza se posiciona preferentemente

Empresa Plantas País Proceso Capacidad Tipo de Año Ref. (t/año polvo empresa HEA)

ArcelorMital Woiwer Differdange Luxemburgo PRIMUS 60.000 Siderúrgica 2003 7

ASW Steel Sheerness Kent Gran Bretaña Carbofer Siderúrgica 1999 8

BEFESA Duisburg Alemania Waelz Indep. 9

Freiberg Alemania Waelz 42.000 Indep. 1991 9

Erandío España Waelz Indep. 9

DDS Frederiksværk Dinamarca Inyección Siderúrgica 1997 10 en HEA

ERAS Metal Høyanger Noruega Scan Arc 40.000 Indep. 2005 11

EWS Siegen Alemania Inyección Siderúrgica 1995 12 en HEA

Feng Hsin Taichung Hsien Taiwán Inyección Siderúrgica 2001 13 en HEA

Harz-Metall Goslar-Oker Alemania Waelz 60.000 Indep. 14

Himeji Tekko Refine Himeji Japón Waelz 35.000 Indep. 15

Horsehead Beaumont,TX Estados Unidos Flame reactor 30.000 Prod. de Zn 1993 16

Calumet, IL Estados Unidos Waelz x 2 Prod. de Zn 16

Rockwood, TN Estados Unidos Waelz 1 100.000 ó Prod. de Zn 2007 16 Waelz 2 90.000

Palmerton, PA Estados Unidos Waelz x 3 Prod. de Zn 16

Miike Refining Ohmurota Japón Mitsui Furnace 60.000 Prod. de Zn 15

Pontenossa Pontenossa, Italia Waelz 100.000 Indep. 17 Bergamo

Portovesme Portoscuso, Italia Waelz 75.000 Prod. de Zn 17 Cerdeña

Recytech Fouquières- Francia Waelz 80.000 Indep. 1993 9 lez-Lens

Steel Dust Recycling Mobile, AL Estados Unidos Waelz 120.000 Indep. 18

Sotetsu Metal Aizu Japón Waelz 72.000 Prod. de Zn 15

Sumitomo Shisakajima Japón Waelz 120.000 Prod. de Zn 1977 19 1992

Toho Zinc Onahama Japón Electrothermic 50.000 Prod. de Zn 15

Zinc Nacional San Nicolás México Waelz Prod. de ZnO 20 de los Garza

Tabla 3 Principales características de algunas de las empresas que reciclan polvos de horno eléctrico

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proceso CARBOFER, desarrollado por Heckett MultiServ e instalado por Stein, para la inyección de laminilla aceitosa y polvos del horno eléctrico en el mismo horno [8]. Ambos se mezclan con aditi-vos, se transportan mediante un sistema neumático y se inyectan mediante una lanza refrigerada por agua, a través de la puerta de trabajo. No se han verificado efectos negativos sobre la calidad del metal y hay evidencias de un aumento en el rendimiento metálico [8].

En la sección correspondiente a América Latina se comenta la experiencia de Ace-ros Arequipa.

Reciclado para la obtención de cinc

El proceso dominante es el horno rotati-vo Waelz, que se describe en detalle. Los restantes procesos en uso en la actuali-dad se describen brevemente.

Proceso Waelz

Este proceso se define como la volatili-zación de metales no ferrosos como Zn, Pb, Cd, a partir de una mezcla de óxidos sólidos, por medio de la reducción con coquecillo en un horno rotativo, sin gene-ración de escoria líquida [24].

La tecnología Waelz fue desarrollada en Alemania por Krupp [23]. Se introdujo ori-ginalmente para el enriquecimiento del mineral de cinc de baja ley. La primera planta arrancó en 1925. En la década del 40 se la adoptó para el reprocesamien-to de residuos de lixiviado neutro de los hornos de obtención de cinc. Finalmente, en la década del 70 comenzó a aplicarse para el tratamiento de los polvos de hor-no eléctrico de arco.

La planta Waelz consiste normalmente de dos partes: la preparación de la ma-teria prima y el horno rotativo Waelz con tratamiento de la escoria y gas de esca-pe (Figura 5). Eventualmente, se añade una tercera parte: el lavado del polvos de ZnO para eliminar los cloruros. Esto es necesario para poder utilizar el óxido Waelz en procesos de obtención de cinc mediante vía electrolítica, ya que los clo-ruros producen la corrosión de las celdas [25]. No es imprescindible cuando el cinc se produce en los denominados «Imperial smelters».

En la unidad de materias primas se pre-para la carga sólida para asegurar una alimentación homogénea y uniforme del horno rotativo. Esto incluye los polvos de horno eléctrico de diferentes plantas, el coquecillo como agente reductor y los formadores de escoria: arena para la ruta ácida y cal para la ruta básica. Estos ma-teriales se mezclan entre sí, con adición

Figura 3 Reciclado de polvos de horno eléctrico de arco provenientes

de la producción de aceros de construcción mecánica

Figura 4 Evolución anual en la concentración de cinc en el polvo

y de la cantidad de polvo enviada por la entonces Krupp Edelstahlprofile, a partir del arranque de la instalación del sistema de reciclado

de polvos en el horno eléctrico

Sistema dealimentación

de carbón

Del silode polvoen casa

de humos

Tolva depolvo

Dispensadorde polvo

A la casade humos

Concentración de zinc en el polvo (%)

0

5

10

15

1994

20

25

30

35

1995 1996 1997 1998 1999

Polvo despachado (kg/t)

sobre la interface escoria-acero. Se reci-cla todo el polvo que se produce (1,5 t/colada), comenzando con la inyección cuando está fundida la chatarra corres-pondiente a la primera colada del día.

Mediante la inyección del polvo, aumen-tan los tenores de Zn y Pb en el nuevo polvo generado. Otro efecto ecológico y económico es una reducción en la can-tidad de polvos que se envían a procesa-dores externos para la recuperación de Zn y Pb (Figura 4). Esta reducción en la cantidad de polvos es el beneficio econó-mico más importante para los aceros de construcción mecánica.

Cuando se hacen campañas de acero inoxidable, el proceso es más complejo debido a que se procura la reutilización del Cr contenido en el polvo; se hace una reducción de la escoria con ferrosilicio [12].

Det Danke Stålvalseværk (DDS), en Di-namarca, y Feng Hsin Iron & Steel, en Taiwán, realizan la inyección en equipos Velco, con la particularidad de que el mismo dispensador inyecta el polvo y el carbón [10].

En la planta inglesa de ASW Steel Sheer-ness se utiliza desde 1999 el llamado


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de agua (en el orden del 10%); en un tam-bor se producen micropellas autorreduc-toras, que se almacenan por un tiempo para su curado.

El horno Waelz opera en contracorriente: el material sólido avanza desde el extre-mo por donde es alimentado, debido a la rotación del horno (1 rpm) y la inclinación (2% al 3%). El aire es succionado desde el otro extremo, por donde sale la esco-ria. La carga sólida primero se seca y lue-go se calienta, hasta que comienzan las reacciones. La máxima temperatura del sólido es de 1.200°C. Las reacciones de reducción en la carga son endotérmicas. El cinc se reduce y se vaporiza. El calor requerido se genera por la combustión entre el coquecillo y el aire que ingresa por el otro extremo y por la oxidación del cinc vapor. El aire ingresa al horno a tem-peratura ambiente y el gas egresa por el otro extremo a 700 a 800°C. En la Figura 6 se presentan las principales reacciones que ocurren en el horno.

El cinc reducido, vaporizado y vuelto a oxidar sale del horno con el gas de es-cape, desde donde se recupera. La lim-pieza del gas comienza con la cámara de deposición de polvos. En esta cámara también se inyecta agua para el primer enfriamiento. El enfriamiento principal se obtiene por la adición de aire ambien-te en un venturi y por enfriamiento indi-recto. El polvo de óxido Waelz en bruto se separa en los filtros de la casa de bolsas. Para controlar la emisión de dioxinas, se usa la técnica de absorción por carbón activado o coque de lignito.

Así se obtiene el llamado óxido Waelz en bruto, con el 54% al 60% de cinc. Algu-nas plantas lo venden directamente a los productores de cinc o a plantas químicas y otras tienen una planta de lavado para eliminar los cloruros. Esta planta se di-seña como un lavado en contracorrien-te de dos etapas como mínimo. Para la precipitación del cinc disuelto se agrega carbonato de sodio. Los óxidos lavados contienen Cl < 0,1% y F < 0,15%.

La composición típica de la carga y los productos obtenidos se presenta en la Tabla 4 [24].

Proceso MF (Mitsui Furnace)

Se trata de un horno de cuba, diseñado inicialmente para tratar un residuo rico en cinc obtenido en hornos de retorta vertical. Estos hornos fueron dejados de lado en 1985 y se comenzó a procesar polvos de horno eléctrico de las siderúr-gicas cercanas en uno de los cuatro Mit-sui Furnace (MF) existentes.

El proceso consiste en la fabricación de briquetas autorreductoras, a partir de una mezcla típica de 60.000 t/año de pol-

Figura 5 Esquema del proceso Waelz

Figura 6 Principales reacciones que tienen lugar en el horno Waelz

Camión tolva

Tolvas y unidadde peletización

Horno Waelz Aire de proceso

Óxido Waelz

Coque Filtro de producto

Absorbentes

Escoria

Zn +

CO 2

Zn +

CO

Zn + CO

ZnO + FeO + C

En la carga

Reacciones

1ZnO+ Zn+CO22CO2+C 2CO

3ZnO+C Zn+CO1FeO+CO Fe+CO22CO2+C 2CO

3FeO+C Fe+CO

En la atmósfera del horno

Ambiente1Zn+1/2O2 ZnO2CO+1/2O2 CO2

Tabla 4 Rango de composición química de polvos de horno eléctrico, escoria generada en el

proceso Waelz, óxido obtenido en ese proceso en bruto y después de un doble lavado

Polvo Escoria (ácida) Óxido Waelz Óxido Waelz en bruto doble lavado

Zn (%) 14 - 35 0,2 - 2 55 - 58 60 - 68

Pb (%) 2 - 0 0,1 - 2 7 - 10 9 - 11

Cd (%) 0,1 - 0,2 < 0,002 0,3 - 0,5 0,4 - 0,6

Cl (%) 1 -5 0,1 - 0,5 4 - 8 (11) 0,05 - 0,1

F (%) 0,2 - 0,5 0,1 - 0,2 0,4 - 0,7 0,08 - 0,15

Na2O (%) 1,5 - 2,0 1,2 - 1,6 2,0 - 2,5 0,1 - 0,2

K2O (%) 1 - 1,5 0,7 - 0,9 1,5 - 2,0 0,1 - 0,2

C (%) 1 - 5 3 - 8 0,5 - 1,5 0,5 - 1,5

FeO (%) 20 - 45 30 -50 2 - 5 2 - 5

SiO2 (%) 3 - 6 25 - 40 0,5 - 1,5 0,5 - 1,5

CaO (%) 3 - 10 4 - 1- 0,3 - 1,0 0,3 - 1,0

Hg (ppm) 1 - 5 <0,1 3 -30 4 - 40

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vos de horno eléctrico, 25.000 t/año de otros residuos que contienen Zn y 25.000 t de cenizas volantes secundarias. Se adiciona también carbón como agente reductor y arena; se utiliza un licor de sulfuros como aglomerante. Se muelen estos materiales para obtener un tamaño de partícula uniforme y luego se hacen las briquetas.

Las briquetas se cargan en el horno de cuba MF (Figura 7). El cinc se reduce, vaporiza y oxida nuevamente siendo re-cuperado en los filtros del gas de esca-pe. De la parte inferior del horno salen la escoria y la mata, que se separan por gravedad. La escoria se granula en agua para su uso en cementeras.

Se sopla aire caliente a través de toberas. Las briquetas se cargan por la parte su-perior a través de una cinta. Se secan, se precalientan y luego entran en la zona de reducción, fusión y vaporización. Luego de recuperarlo en los filtros, el óxido es lavado para la eliminación de los haluros. En la Tabla 5 se presentan los análisis tí-picos del óxido, la mata y la escoria.

Flame Reactor

Este horno fue desarrollado por Horse-head Resource Development e instalado en la planta Gerdau AmeriSteel Beau-mont, en Texas, Estados Unidos. Es una variante de los procesos de flash smel-ting, bien conocidos en la metalurgia pri-maria de metales no ferrosos.

La carga debe tener un máximo del 5% de humedad y una granulometría por debajo de 200 mallas. El reactor, enfria-do por agua, procesa el polvo con gases reductores a más de 2.000°C. Estos ga-ses se producen por combustión de hi-drocarburos sólidos o gaseosos en aire o con oxígeno. Los materiales reaccionan rápidamente. Se produce la reducción y evaporación del cinc y otros metales pe-sados.

La escoria a 1.600°C se funde y se se-para solidificándose como un vidrio, no lixiviable. Se obtiene un residuo rico en óxidos de metales pesados y en algunos casos, una aleación metálica. Los meta-les volátiles se evaporan y van a la casa de humos, donde son capturados por los filtros.

Proceso electrotérmico

Este proceso, que se aplica en la planta de Toho Zinc en Japón, tiene como prime-ra etapa la carga del polvo en un horno rotativo, donde es sometido durante 4 horas a 1.250-1.270°C para eliminar Pb. En los filtros bolsa del sistema de trata-miento de gases, queda un óxido de cinc con el 29% al 34% Zn. Este material se

tritura y se lava; se suma con otros reci-clos y se produce un pélet con el 12% de humedad [23].

Se realiza un sinterizado para la elimina-ción de los cloruros y el plomo remanen-te. El sínter obtenido, junto con coque, se cargan por el tope en un horno electro-térmico, donde se someten a temperatu-ras entre 1.100 y 1.300°C. El Zn se reduce, vaporiza y va a cámaras de combustión donde se oxida. Se recupera en los filtros del sistema de gases de escape.

Proceso Scan Arc

El proceso fue desarrollado por Umicore y se aplica en la planta de ERAS Metal en

Noruega. Se trata de un horno de cuba con una antorcha de plasma (Figura 8). Se mezcla el polvo con fundentes y re-ductores (carbón, coquecillo o coque de petróleo) y se carga en el horno median-te tolva y cinta. Se introduce por la parte inferior de la cuba aire calentado con un generador de plasma; en el aire caliente se inyecta gas natural. El grado de oxi-dación requerido se controla mediante la relación aire/gas [11].

Mientras, por la parte inferior del horno, se obtiene un vidrio que se solidifica al enfriarse, por la parte superior salen los gases con el óxido de cinc, que se recu-peran en el sistema de tratamiento de los mismos.

Figura 7 Esquema del horno MF

Zn (%) Pb (%) Cu (%) Ag (g/t) Fe (%)

Óxido de cinc 65 - 69 8 - 10 0,1 100 0,8

Mata 2 0,3 40 - 55 4.000 10 - 15

Escoria 3,5 0,1 0,5 30 38 - 40

Tabla 5 Análisis típicos de los productos obtenidos en el horno MF:

óxido, escoria y mata

Pared de tubos refrigerados por agua

Caño de by-pass

CintaZona de coquización

Aire

Tobera

Separaciónde mata yescoria Zona de fusión

Caldera


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Procesos para la obtención de arrabio

Si bien en el período reciente han existi-do, por el alto costo del mineral de hierro, varios desarrollos destinados a recuperar para la siderurgia las unidades de hierro presentes en el polvo de horno eléctrico, el único que ha alcanzado y mantenido la escala industrial para los aceros al car-bono es el proceso PRIMUS.

Proceso PRIMUS

Se encuadra dentro de los procesos de fusión reductora, como COREX y HiS-melt. Consta de un horno de soleras múl-tiples y de un horno eléctrico de arco. Se diferencia de los otros procesos mencio-nados, en que además del óxido de cinc se obtiene arrabio, recuperando así las unidades de hierro contenidas en el pol-vo (y otros materiales que se reciclan por este proceso).

El horno de soleras múltiples utiliza como reductor y principal fuente de energía, finos de carbón. Produce óxido de cinc concentrado al 95%, además de un con-centrado de hierro de alta metalización que se funde para obtener arrabio en el horno eléctrico.

El desarrollo comenzó con una planta piloto [7]. Basado en esa experiencia, se construyó una planta que puede tratar 80.000 t/año de polvo de horno eléctrico y barro aceitoso de laminación. Esta plan-ta arrancó el año 2003 y procesa polvos y otros residuos de las tres plantas de Ar-celorMittal en Luxemburgo (Figura 9).

El carbón se puede cargar por el tope del horno, junto con los materiales a reciclar y también puede agregarse en cualquie-ra de los niveles, si el proceso lo requiere. Se inyecta aire a través de toberas en los niveles inferiores. El horno puede operar a temperaturas de hasta 1.100°C. La car-ga inicialmente se seca, luego se calien-ta y finalmente los óxidos metálicos que la componen se reducen. Algunos datos clave de ambos equipos se presentan en la Tabla 6 [26].

La situación en América Latina

Se estima que la mayor parte de las plan-tas recurren a la acumulación de los polvos en depósitos. La legislación, por ejemplo en Brasil, exige que el piso esté impermeabilizado con arcilla, que haya una red de drenaje de agua pluvial y una unidad de tratamiento de efluentes [1].

Una particularidad de algunos países latinoamericanos es el bajo contenido de cinc en el polvo. Esto sucede en las

Figura 8 Esquema del proceso Scan Arc

Figura 9 Flujo del proceso PRIMUS para el tratamiento de polvos de horno

eléctrico y otros reciclos

M

Agua

Pélets de polvo y coque

Electricidad

Aire

Gas

Escoriavitrificada

Óxido de cinc a lavado

Humos

1.000°C

180°C

Zona decombustión

Zona dereducción

Polvos de horno eléctrico

Escoria

Metal

Poscombustión

Enfr.

Filtro

Horno de solera múltiple:• Secado• Prerreducción• Preparación de C reactivo para reducción y carburación del metal en el horno de fusión

Horno de fusión:• Reducción final• Evaporación de cinc• Fusión• Carburación del metal• Formación de escoria y desulfuración del metal

Polvo rico en Zn

Tabla 6 Datos clave del proceso PRIMUS

Horno de solera múltiple

Diámetro interno (m) 7,7

Número de soleras 8

Rango de temperaturas (°C) 800 - 1.000

Consumo de carbón (kg/t de carga) 300

Metalización del hierro (%) 60

Horno de fusión

Diámetro de la cuba (m) 3,5

Consumo de electricidad (kWh/t de carga) 900

Temperatura de operación (o C) 1500

Potencia eléctrica (MW) 10

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acerías de Brasil, por la práctica de car-gar un porcentaje importante de arrabio sólido, pero es aún más importante en acerías de Argentina, Venezuela, Trinidad y Tobago y México, con plantas cautivas de hierro esponja y cargas aún menores de chatarra.

Aceros Arequipa, de Perú, realiza, cuan-do la planificación de la producción lo permite, el reciclado del polvo en el hor-no eléctrico de arco, mediante los llama-dos «perdigones» [26]. Se producen mi-cropélets en un tambor rotativo, utilizan-do polvos de horno eléctrico, laminilla, carbón y melaza como aglomerante. En su experiencia, la fusión de los pélets re-trasa el proceso pero contribuye al espu-mado de la escoria. Se prefiere la carga en continuo, para no recargar el sistema de extracción de humos. Se ha cargado hasta el 10%. El proceso a puerta cerrada ayuda a que se extraiga el mayor rendi-miento de este material.

Quizás el aporte tecnológico latinoame-ricano más significativo en este aspecto del tratamiento de los polvos de acería eléctrica, es el proceso Tecnored (ver Acero Latinoamericano N° 492, Nov-Dic 2005). Es un proceso de fusión reductora en horno de cuba, para la producción de arrabio, que ha tenido un largo desarro-llo en escala laboratorio y piloto, realiza-do en su totalidad en Brasil. El espectro al que ha apuntado en su desarrollo ha sido muy amplio, pero su primera im-plantación industrial está enfocada en el reciclado de polvos y laminilla.

Esta instalación se ubica en la planta de Pindamonhangaba de Aços Villares, aho-ra Gerdau Aços Especias São Paulo. Ha sido diseñada para la producción de 250 t/día de arrabio, una escala típica de los altos hornos a carbón vegetal que abun-dan en Brasil. En el diseño y la construc-ción se han utilizado varios conceptos provenientes de este tipo de hornos. Está prevista la expansión de capacidad, por la vía de extender la longitud del horno (que es de sección transversal rectangu-lar) y replicar los equipos auxiliares.

La planta incluye un área dedicada a la preparación de las materias primas: polvo de horno eléctrico, laminilla, reductores y aglomerantes. Estas materias primas se mezclan en un equipo Eirich y con ellas se producen briquetas autorreductoras en una máquina de rodillos.

En el horno se cargan las briquetas por el tope, y el reductor se carga separada-mente (Figura 10). De esta manera se minimiza la reacción de Boudouard (CO2 + C → 2CO), disminuyendo el consumo de energía. Se sopla aire caliente por las toberas ubicadas en la parte inferior de la cuba [27].

Al momento de preparar este artículo, se estima que el horno arrancaría el primer semestre de 2009 y las pruebas con pol-vos de acería eléctrica se realizarían en la segunda mitad de este año [29].

ArcelorMittal Lázaro Cárdenas, México, dispone del horno Oxycup, un cubilote con inyección de oxígeno, para el reci-clado de diversos residuos, incluido ac-tualmente el polvo de horno eléctrico de arco. En este horno se cargan ladrillos hexagonales, desarrollados internamen-te. Cabe señalar que el contenido de cinc del polvo es muy bajo, ya que la carga de chatarra no sobrepasa el 5% anual [30].

Ternium Apodaca y otras plantas del nor-te de México envían sus polvos a reciclar a Zinc Nacional, una planta de produc-ción de óxido de cinc que posee un horno Waelz [30].

En el futuro cercano, puede tener una importante incidencia la instalación en Juiz de Fora, MG, Brasil, de uno de los mayores hornos Waelz en el mundo, de 70 x 4,5 m. Esto se realiza en el marco del Proyecto Polimetálicos del grupo Vo-torantim [32], que también posee una rama siderúrgica.

Conclusiones

El aumento de la producción de acero por la vía hornos eléctricos de arco, la tendencia a revestir las chapas de ace-ro con cinc para prevenir su corrosión, aumentando la proporción de chatarra

galvanizada a disponer en el futuro, más las exigencias ambientales crecientes, son factores que permiten prever que el reciclado de polvos de hornos eléctricos de arco seguirá creciendo, más allá de la coyuntura económica actual.

Las alternativas disponibles son varia-das, pero tienen su costo. La colabora-ción entre las industrias del cinc y del acero, los proveedores de equipamientos y los centros de desarrollo de tecnologías pueden aliviar la carga y aportar solucio-nes sustentables con beneficio para las empresas y la comunidad.

Referencias

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Figura 10 Esquema del proceso TECNORED

C CBriq Briq

Aire caliente

ArrabioEscoria

Aire frío

Humos

Cuba superior:• El combustible se carga alrededor• Se previene la reacción de Bouduard• Hay poscombustión quemando CO• Reacciones rápidas dentro de

los aglomerados

Zona de fusión:• Atmósfera reductora previene

reoxidación• Carga se funde bajo atmósfera

• Por la poca altura, se pueden usarcombustibles de baja resistencia

• La reducción final y el escoriado de laganga y cenizas se producen enestado líquido

• El metal y la escoria se sobrecalientany acumulan en el crisol


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