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. 5

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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. 10

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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. 14

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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.