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Tutor del trabajo: Dr. Lorenzo Perdomo González , junio 2019 Centro de Investigaciones de Soldadura Título: Propuesta tecnológica para el procesamiento de polvos de acería Centro de Investigaciones de Soldadura Autor: Yoegli Mena Rodríguez Tutor: Dr. Lorenzo Perdomo González
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Autora: Yoegli Mena Rodriguez
Tutor del trabajo: Dr. Lorenzo Perdomo González
, junio 2019
Centro de Investigaciones de Soldadura
Título: Propuesta tecnológica para el procesamiento
de polvos de acería
Centro de Investigaciones de Soldadura
Autor: Yoegli Mena Rodríguez Tutor: Dr. Lorenzo Perdomo González
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Welding research center
Title: Technological proposal for the processing of steel dust
Author: Yoegli Mena Rodríguez Thesis Director: Dr. Lorenzo Perdomo González
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Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente:
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RESUMEN
En este trabajo se realizó un estudio de la mezcla propuesta por Álvarez Corcho, la
cual utiliza un 20 % de silicato de sodio para aglomerar el polvo de acería, al
realizarse su procesamiento aluminotérmico se obtuvieron concentrados de cinc y
plomo además de obtener una aleación de hierro y una escoria de características
abrasivas. Se realizaron coladas en las que se evaluó la influencia del suministro de
un flujo de aire sobre los resultados del proceso. Los resultados se analizaron a
partir de los datos preliminares de un balance de masa. Se realiza una propuesta
de diseño de un filtro de mangas con el objetivo de mejorar la eficiencia de captación
de los polvos y finalmente se realizó valoración económica del proceso.
ABSTRACT
In this work a study of the mixture proposed by Álvarez Corcho was carried out,
which uses 20% of sodium silicate to agglomerate the steelworks powder. When the
aluminothermic processing was carried out, zinc and lead concentrates were
obtained in addition to obtaining an alloy of iron and a slag with abrasive
characteristics. Castings were made in which the influence of the supply of an air
flow on the results of the process was evaluated. The results were analyzed from
the preliminary data of a mass balance. A proposal for the design of a bag filter was
made in order to improve the efficiency of the dust collection and finally an economic
evaluation of the process was carried out.
Contenido INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 1
CAPÍTULO I: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ................................................................ 4
1.1-Acero ............................................................................................................................ 4
1.1.1. Producción de acero en hornos eléctrico de arco (HEA) ............................ 5
1.1.2 Proceso de fabricación ........................................................................................ 6
1.2 Residuos generados .................................................................................................... 7
1.2.1 Polvos de acería .................................................................................................... 7
1.2.2 Cascarilla de laminación ..................................................................................... 9
1.2.3 Implicaciones ambientales ................................................................................ 10
1.3 Métodos para el tratamiento de los polvos de acería ............................................ 12
1.3.1 Proceso Waelz .................................................................................................... 12
1.3.2 Lixiviación ácida ................................................................................................ 13
1.3.3 Tendencias tecnológicas para el reciclado de los polvos ................................ 14
1.4 Caracterización del proceso de aluminotermia ..................................................... 16
CAPÍTULO II: MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................. 18
2.1. Materias primas ....................................................................................................... 18
2.2 Equipamiento empleado en la realización del procesamiento del polvo de acería
.......................................................................................................................................... 19
2.3 Sistema de captación de polvos ............................................................................... 21
2.3.1 Medios filtrantes ................................................................................................ 21
2.4 Procesamiento de las cargas .................................................................................... 23
CAPÍTULO III: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS .................................................. 25
3.1 Balance de Masa ....................................................................................................... 25
3.2. Resultados del procesamiento ................................................................................ 28
3.3 Diseño de un sistema de recolección de polvos ...................................................... 31
3.3.1 Diseño de la campana ........................................................................................ 32
3.3.2 Velocidad y área de filtración ........................................................................... 33
3.3.3 Pérdidas de presión ........................................................................................... 35
3.3.4 Selección del ventilador ..................................................................................... 37
3.3.5 Sistema de limpieza ........................................................................................... 38
3.3.6 Vista de la instalación del filtro ........................................................................ 40
3.4. Evaluación de la factibilidad del proceso .............................................................. 41
3.4.1 Costos de la materia prima ............................................................................... 41
3.4.2 Costos de energía eléctrica ................................................................................ 42
3.4.3 Costos de trasportación ..................................................................................... 42
3.4.4 Costos totales de producción ............................................................................ 42
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 44
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 45
ANEXO 1 ............................................................................................................................. 48
1
INTRODUCCIÓN
Durante las operaciones siderúrgicas de fusión y afino de acero que se realizan a
temperaturas superiores a 1600 ºC en hornos eléctricos de arco (HEA) se generan
cenizas volantes y residuos sólidos, los cuales salen del horno arrastrados por la
corriente gaseosa y se acumulan en los filtros del sistema de tratamiento de gases,
a estos residuos se los denomina polvos de acería, se generan mundialmente
alrededor de 8 millones de toneladas por año, de los cuales 3,7 millones provienen
de los hornos de arco eléctrico (De La Torre et al., 2013).
La composición química y mineralógica de los polvos de acería es variable,
dependiendo tanto de las condiciones operativas particulares de cada planta
siderúrgica, así como de la composición química de las materias primas utilizadas
en el proceso. Los polvos de acería suelen estar constituidos principalmente por
óxidos metálicos simples o complejos, óxidos de hierro y no ferrosos, como la cincita
(ZnO) y franklinita (𝑍𝑛𝐹𝑒2𝑂4), con un tamaño de partícula por debajo de 40 micras
(Ros, 2012).
Si bien los componentes mayoritarios de los polvos de acería son óxidos de hierro,
estos se caracterizan por presentar un contenido importante de metales pesados,
como plomo, cinc y cadmio, los cuales son catalogados como residuos peligrosos y
contaminantes (De La Torre et al., 2013).
El metal más llamativo tanto por su concentración como por su valor económico es
el cinc el que puede obtenerse a partir de los polvos de acería a través de procesos
como el de Waelz, el proceso en horno Mitsui, o por vía pirometalúrgica (Sinclair,
2005)
Si se mira a las industrias siderúrgicas y del cinc como un conjunto, es importante
tener en cuenta que casi la mitad del cinc 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
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 círculo entre ambas industrias (Ros, 2012).
2
La política económica y social en Cuba, para el periodo 2016-2021, está regida por
los Lineamientos del Partido y la Revolución, aprobados y actualizados en el
Séptimo Congreso del PCC en abril de 2016 y por la Asamblea Nacional del Poder
Popular en julio de 2016 (Lineamientos, 2016). Dentro de este documento se
destaca un grupo de lineamientos que contienen elementos directamente
relacionados con el presente trabajo y que están vinculados con la industria
siderúrgica:
ARTÍCULO 185. Ejecutar con celeridad los proyectos en marcha para la
exploración de pequeños yacimientos de minerales, en particular para la
producción de oro, cobre, cromo, plomo y cinc.
ARTÍCULO 187. Avanzar en los estudios que posibiliten un mayor empleo de
las producciones mineras nacionales a partir de rocas y minerales industriales.
ARTÍCULO 190. Desarrollar la metalurgia ferrosa, priorizando la ampliación de
capacidades, la reducción de los consumos energéticos y la diversificación de
la producción de laminados y de metales conformados, elevando su calidad.
ARTÍCULO 191. Promover la intensificación del reciclaje y el aumento del valor
agregado de los productos recuperados.
Cumpliendo con los lineamientos del partido y con el proceso de actualización del
modelo económico en nuestro país se han llevado a cabo proyectos de explotación
minera como el desarrollado en el yacimiento polimetálico Castellano que se
encuentra ubicado en el noroeste de la provincia de Pinar del Río, en el Municipio
Minas de Matahambre a 46 Km de la capital provincial. En el campo minero Santa
Lucía se encuentra el complejo, el cual constituye la mayor reserva de minerales
sulfurosos de plomo y cinc del país, el Complejo Minero Polimetálico Castellano
tiene capacidad para procesar 1 000 000 t/año de mena, con el fin de producir 100
000 t/año concentrados de cinc y 50 000 t/año de plomo. El proyecto tiene reservas
de plomo y cinc para una vida útil de 11 años de explotación (Pérez-Vázquez et al.,
2017) .
Dada la importancia que Cuba le ha dado al plomo y al cinc en su estrategia de
desarrollo, el reciclaje de estos metales cobra gran importancia donde su obtención
3
mediante el procesamiento de los polvos de acería puede convertirse en una
alternativa ecológicamente y económicamente viable.
Problema práctico
Los hornos de arco eléctrico utilizados en la industria siderúrgica generan
continuamente polvos de acería que contienen altos contenidos de óxidos metálicos
considerados desechos peligrosos.
Problema científico
Estudiar alternativas tecnológicas de procesamiento de los polvos de acería y la
cascarilla de laminación para establecer una tecnología que permita recuperar los
elementos metálicos presente en los mismos.
Hipótesis
El procesamiento de los polvos de acería y las cascarillas de laminación mediante
aluminotermia, permite la recuperación de los elementos metálicos presentes en los
mismos.
Objetivo
Evaluar una propuesta tecnológica que permita mejorar los resultados del
procesamiento aluminotérmico de polvos de acería.
Objetivos específicos
Evaluar el procesamiento aluminotérmico de cargas pirometalúrgicas.
Evaluar la influencia del suministro de aire en los resultados del proceso.
Realizar una propuesta de instalación para la recolección de los polvos
generados.
Analizar la factibilidad económica del proceso.
Tareas
Adecuación del equipamiento para el procesamiento pirometalúrgico.
Obtención de las aleaciones, concentrados metálicos y escorias.
Realizar una evaluación del procesamiento aluminotérmico de los polvos de
acería.
Proponer un sistema de recolección de los polvos generados.
Realizar una valoración técnico económica del procesamiento.
4
CAPÍTULO I: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
En este capítulo se realiza una revisión bibliográfica sobre la generación de los
polvos de acería en los hornos de arco eléctrico y los diferentes procesos utilizados
para su procesamiento. En él se aborda el procesamiento de estos residuos desde
el punto de vista económico y por el impacto ambiental.
1.1-Acero
El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor
de 0,05 % y hasta menos de un 2 %). Muchas veces otros elementos de aleación
específicos tales como el Cr (cromo) o Ni (níquel) se agregan con propósitos
determinados. Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de
un 98 %), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio)
el cual se convierte más tarde en acero (www.infoacero.cl, 2016).
El acero constituye el material más importante en el desarrollo industrial actual y
futuro del mundo. Es enorme el significado que tiene en la economía. El nivel de
potencia económica de uno u otro estado se determina por la capacidad de acero
fabricado, puesto que sin él no puede progresar la industria minera ni la construcción
de maquinarias (Kadjo and Peña, 2014).
El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90 % la
producción acero al carbono y el 10 % lo constituyen los aceros aleados, por lo
tanto, el material metálico más importante para la industria es el acero al carbono
(Enríquez et al., 2009).
El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de
hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0 - 99,5 %, hay en él muchos
elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y
silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno,
nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros)
(Gualdas, 2012).
Existen varios procedimientos para obtener acero a partir de arrabio, que a su vez
se obtiene de mineral de hierro en altos hornos. Estos altos hornos necesitan para
producir una tonelada de arrabio, 2 toneladas de mineral de hierro,1/2 toneladas de
5
coque,1/3 de toneladas de piedra caliza y 4 toneladas de aire. El proceso para
fabricar acero a partir de arrabio se realiza en convertidores y los que usan chatarra
de acero como materia prima utilizan hornos eléctricos (Portilla, 2012).
1.1.1. Producción de acero en hornos eléctrico de arco (HEA)
El horno de arco actual puede definirse como un horno de solera en el que los
quemadores de combustible han sido sustituidos por electrodos conectados a la
corriente eléctrica (Enríquez et al., 2009).
Los tamaños van desde una hasta 400 toneladas de capacidad. La temperatura en
el interior de un horno eléctrico de arco puede alcanzar los 1800 ºC. El primer horno
de arco fue diseñado por el francés Paul Héroult, en una planta comercial
establecida en los EE.UU. en 1907. En principio, el acero obtenido por horno
eléctrico era un producto especial para la fabricación de máquinas herramienta y de
acero para resorte (Portilla, 2012).
El horno de arco pertenece, desde el punto de vista de diseño y operación, al grupo
de los procesos de afino sobre solera. Podría considerarse como un horno Siemens-
Martin de planta circular y en el que el calentamiento mediante quemadores se ha
sustituido por arco el eléctrico entre los tres electrodos (horno de corriente alterna
trifásica) o entre electrodo único y el baño (horno de corriente continua) (Enríquez
et al., 2009).
El calentamiento externo del arco permite un mejor control térmico que el proceso
básico al oxígeno, en donde el calentamiento es acompañado por la oxidación
exotérmica de los elementos contenidos en la carga. Esto permite fabricar aceros
de calidad y aceros especiales a partir de chatarra porque es posible la adición de
más elementos aleantes que los adicionados en la acería básica al oxígeno, tales
como; Ni, Cr, Mn, V, Mo, W, Nb, Ti, que son agregados en forma de ferroaleaciones.
La mayoría de estos elementos son más oxidables que el hierro. Luego sería
imposible hacer la mayoría de estos aceros de aleación bajo las condiciones
oxidantes que existen en el convertidor o en el Siemens-Martin (Schulz, 2003).
6
1.1.2 Proceso de fabricación
La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por
medio de una corriente eléctrica y el posterior afino del baño fundido. El horno
eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa, (15 mm a 30 mm
de espesor), forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de
acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por
agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de
unas cestas adecuadas. El horno va acoplado sobre una estructura oscilante, que
le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño
(Peña, 2018).
El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la
fase de afino.
- Fase de fusión: Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos
y escorificantes, principalmente cal, se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y
se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta
fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar
la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada (Peña, 2018).
- Fase de afino: El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno
y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del
baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables
(silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición
química por medio de la adición de ferroaleaciones, que contienen los elementos
necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio). El acero obtenido se vacía
en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de
cuba de un segundo horno de afino, en el que termina de ajustarse la composición
del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso
de fabricación (Peña, 2018).
La colada continua: Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa
receptora de la colada continua donde vacía su contenido. La colada continua es un
procedimiento siderúrgico, en el que el acero se vierte directamente en un molde de
fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del
7
semiproducto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla. La artesa receptora
tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero líquido en varias
líneas de colada, cada una de las cuales disponen de su lingotera o molde,
generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con agua,
que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve
alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida
que se va formando durante el enfriamiento. Posteriormente se aplica un sistema
de enfriamiento controlado por medio de duchas de agua fría primero, y al aire
después, cortándose el semiproducto en las longitudes deseadas mediante sopletes
que se desplazan durante el corte. En todo momento el semiproducto se encuentra
en movimiento continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos al largo de todo
el sistema (Peña, 2018).
1.2 Residuos generados
1.2.1 Polvos de acería
El Polvo de Acería es un conjunto de partículas sólidas que son recogidas en las
instalaciones de filtración de los humos que se producen durante las operaciones
de fusión de chatarra y soplado del caldo dentro del proceso de obtención del acero
en horno eléctrico de arco, siendo aproximadamente un 2 % de la cantidad del acero
producido de esta forma. Además, más del 45 % del acero total es producido a
través de hornos de arco eléctrico, aunque depende si son aceros comunes o
especiales. Los aceros inoxidables se fabrican en horno eléctrico, sin embargo, el
reciclado de polvos de acero inoxidable no es tan frecuente como el de acero común
(Gutiérrez 2013).
La cantidad y tipo de partículas emitidas por los hornos eléctricos dependen de
muchas variables. Se estima que el 75 % de todas las emisiones se produce en la
primera mitad del proceso, oscilando la cantidad de polvo emitido entre 12 - 14 kg
de polvo por Tm de acero. La generación mundial de polvos de acería de horno de
arco eléctrico se estima del orden de 3,7 millones de toneladas por año y se espera
que aumente su producción (Gutiérrez 2013).
8
Los hornos eléctricos de arco (HEA) generan mucho polvo durante su
funcionamiento que contienen porcentajes muy altos de cinc, plomo, e hierro, así
como las substancias orgánicas tóxicas.
Es difícil desechar estos polvos por razones medioambientales, y no deseable por
lo que se refiere al metal desperdiciado. Sin embargo, la mayoría del polvo de los
HEA no se procesa suficientemente para hacerlos inofensivos y para recuperar los
valiosos metales. Algunos HEA que usan procesos de tratamiento de polvo están
ahora en uso, pero el alto cloruro y el volumen de cinc impide a la mayoría de ellos
satisfacer regulaciones medioambientales y la recuperación de metal (Nakayama,
2011).
Este polvo contiene muchas sustancias orgánicas tóxicas además de los óxidos
metálicos y cloruros. Los cloruros de metal y cinc vaporizan al nivel de temperatura
de 1,300 – 1,500 ºC en el que los óxidos metálicos están reducidos. Cuando el gas
caliente del proceso pasa a través del gas-refrigerante y el equipamiento de
recolección de polvo, los vapores de los cloruros de metal y cinc condensarán y
solidificarán. Ésta es la causa principal de los problemas en muchas plantas de
procesamiento de polvos (Nakayama, 2011)
Estas partículas de polvo 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 transporte (Figura 1).
9
Figura 1 Mecanismos de formación del polvo en el horno de arco eléctrico. Fuente: (Madias, 2009).
1.2.2 Cascarilla de laminación
La cascarilla de laminación es el residual que se genera en el proceso de
conformado de la palanquilla o la cabilla corrugada. La gran mayoría de estos
procesos se llevan en caliente por lo que el oxígeno se combina con el hierro de la
superficie generando una delgada capa de óxido de hierro que se encuentra en
diferentes fases como: magnetita (Fe3O4), hematita (Fe3O3), Wustita (FeO), entre
otros. La cascarilla es un subproducto siderúrgico que procede del proceso de
laminación en caliente del acero. Es el resultado de un proceso de formación de
capas de óxido de hierro sobre el acero a alta temperatura (Hernández, 2003).
La cascarilla es el componente mayoritario del material residual ferroso, suponiendo
un 30 - 40 % del residuo total producido en el proceso del acero. Dependiendo del
proceso y de la naturaleza del producto, el peso de cascarilla puede variar de 20 a
50 kg/t de producto laminado en caliente (Enríquez et al., 2009).
En la cascarilla están presentes, además de hierro en forma elemental, tres tipos de
óxidos(www.infoacero.cl, 2016):
10
Wustita (FeO)
Hematita (Fe3O3)
Magnetita (Fe3O4)
El contenido de hierro es normalmente de un 70,0 % y contiene trazas de metales
no férreos y compuestos alcalinos.
La cascarilla por su alto contenido en hierro metálico y bajo contenido en metales
no férreos y compuestos alcalinos, es un residuo idóneo para su reciclado
principalmente por su contenido de hierro. Aproximadamente el 90,0 % de la
cascarilla se recicla directamente en la propia Industria siderúrgica y pequeñas
cantidades se utilizan para ferroaleaciones, en plantas cementeras y en la industria
petroquímica (Hernández, 2003).
1.2.3 Implicaciones ambientales
Debido a sus propiedades físicas y químicas, los polvos de acería originan
problemas ambientales si son vertidos al ambiente (Tápanes et al., 2001):
- El 60 % de las partículas de estos polvos es menor de 50 micras.
- En su composición abundan los metales pesados.
- En contacto con agua, genera lixiviados que contienen productos alcalinos,
metales pesados, cloruros y sulfatos.
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 (Tápanes et al., 2001).
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
11
de los depósitos para vertidos especiales. Además, en el vertido se pierden
cantidades considerables de hierro, cinc y plomo inutilizadas (Molino, 2016).
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 (Molino, 2016).
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 cinc 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 cinc vuelva al circuito de uso (Molino, 2016).
Los procedimientos utilizados actualmente para la recuperación de los metales
pesados presentes en los polvos de procedimiento de HEA se basan en
procedimientos pirometalúrgicos (Waelz, Plasmadust, etc.), procedimientos
hidrometalúrgicos (Cincex, Ezinex, etc.) y combinaciones de éstos (Ros ,2012).
El reciclaje del cinc presente en los polvos de acería es muy importante ya que su
consumo a nivel mundial es superior a los 9 millones de toneladas, es un metal de
usos y aplicaciones múltiples que se puede reciclar indefinidamente sin que pierda
sus propiedades físicas o químicas.
Gracias a la durabilidad de la mayor parte de los productos de cinc, este metal
constituye un recurso muy valioso y sostenible para futuras generaciones. En la
actualidad, el 30 % de la producción mundial de cinc proviene del reciclado y
aproximadamente el 80 % del cinc disponible para su reciclaje realmente se recicla
(Ros, 2012).
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1.3 Métodos para el tratamiento de los polvos de acería
El volumen de residuos procesados mediante procesos hidrometalúrgicos ha
aumentado notablemente en los últimos años. A pesar de ello, la vía pirometalúrgica
se mantiene como la opción más utilizada. Este aumento en la utilización de los
procesos de vía húmeda se debe a que la hidrometalurgia se presenta como una
alternativa insustituible para el tratamiento de muchas y diversas materias primas,
y sobre todo para la recuperación de metales contenidos en residuos industriales.
Sin embargo, la hidrometalurgia no puede competir con la pirometalurgia cuando el
procesado físico de materiales produce buenos concentrados, con altas
recuperaciones (Herrero 2010).
1.3.1 Proceso Waelz
El proceso Waelz, es el método más utilizado en la pirometalurgia para reciclar
polvos de acería. Se basa en una fusión reductora que obtiene escoria, mientras
que el cinc y el plomo se volatilizan y recogen como óxidos en forma de vapor.
El proceso Waelz trata cerca del 80,0 % de los polvos de acería reciclados, a nivel
mundial operan más de 40 unidades. El método se caracteriza por su universalidad
y el mantenimiento sencillo de los equipos. Esta tecnología generalmente consta de
tres partes: la preparación de la materia prima, el proceso en el horno con el
tratamiento de la escoria y de gases de escape y finalmente el lavado de los polvos
de óxido de cinc para de ésta manera eliminar cloruros y posteriormente obtener
cinc electrolítico (Doronin, 2010).
Se empieza homogenizando las materias primas, de esta manera se asegura una
carga uniforme, se mezcla la carga que consiste en: polvos de acería, coque (agente
reductor) y aditivo, estos últimos son: arena para tratamiento ácido y cal para
tratamiento básico, que forman escoria y cambian la viscosidad para obtener un
buen movimiento rotativo dentro del horno. Los materiales se mezclan y se adiciona
un 10,0 % de agua en un equipo de peletización, aquí la mezcla reposa durante 5 h
para que se efectúe un proceso de curado (Doronin, 2010).
La peletización de los materiales finos es importante, ya que evita que el gas de
salida arrastre cantidades significativas de polvo. La materia prima preparada es
13
introducida al horno rotativo tubular Waelz que tiene una inclinación del 2,0 al 3,0 º
y su velocidad de rotación de 1 r.p.m., la carga avanza desde el extremo del horno
a contracorriente a los gases de combustión y a la alimentación de aire que es
succionada desde el otro extremo del horno por donde se expulsa la escoria. La
carga en el interior del horno primero se seca y después se calienta, la temperatura
llega hasta los 1200 °C y se controla por el caudal de aire, así se dan reacciones de
tipo endotérmicas para la reducción del material y se subliman el cinc, plomo y
cadmio, en un proceso que dura aproximadamente 5 h (Aser, 2000).
El calor necesario para la combustión se produce por: el aire, coque y la oxidación
del vapor de cinc. En el interior del horno se producen las siguientes reacciones:
C(𝑆)+½ O2(𝑔)→𝐶𝑂(𝑔) (Reacción inicial) (1.1)
ZnO(𝑆)+𝐶O2(𝑔)→𝑍𝑛(𝑆)+𝐶𝑂2(𝑔) (1.2)
C(𝑆)+𝐶O2(𝑔)→𝐶𝑂(𝑔) (1.3)
1.3.2 Lixiviación ácida
El método hidrometalúrgico es el más utilizado, el 85,0 % de la producción mundial
de cinc es mediante esta vía. Se emplea la técnica de lixiviación para disolver el
cinc contenido en la calcina, con lo que se obtiene un electrolito de cinc que se utiliza
posteriormente en la técnica de electrólisis para obtener cinc metálico. El proceso
se basa principalmente en la siguiente reacción ácido-base.
𝑍𝑛𝑂(S)+H2𝑆𝑂4(𝑎𝑐)→ZnSO4(𝑎𝑐)+𝐻2(𝑔) (1.4)
A pesar de que la calcina en su mayoría contiene cinc en forma de óxido, también
como: ferrita de cinc, silicato de cinc y sulfuro residual, además de otras impurezas
como: hierro, arsénico, antimonio, germanio, sílice hidróxido de aluminio. El proceso
de lixiviación se realiza simultáneamente con la oxidación y neutralización, así
precipitan las impurezas; de manera continua se trabaja en dos etapas que son la
lixiviación primaria y secundaria. Las primeras etapas: lixiviación neutra y con ácido
de lavado comprenden la lixiviación primaria, de las cuales se genera un residuo
que contiene ferritas de cinc. La lixiviación ácida caliente y ácida fuerte, es la
lixiviación secundaria, aquí es donde se elimina el hierro (Sinclair, 2005).
14
1.3.3 Tendencias tecnológicas para el reciclado de los polvos
1.3.3.1 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 siderúrgicas
cercanas en uno de los cuatro Mitsui Furnace (MF) existentes(Sinclair, 2005).
El proceso consiste en la fabricación de briquetas auto-reductoras, a partir de una
mezcla típica de 60.000 t/año de polvos 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 (Madias, 2009).
Las briquetas se cargan en el horno de cuba MF. El cinc se reduce, vaporiza y oxida
nuevamente siendo recuperado en los filtros del gas de escape. 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
superior 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 (Sinclair, 2005).
1.3.3.2 Flame Reactor
Este horno fue desarrollado por Horsehead Resource Development e instalado en
la planta Gerdau AmeriSteel Beaumont, en Texas, Estados Unidos. Es una variante
de los procesos de flash smelting, bien conocidos en la metalurgia primaria de
metales no ferrosos(Madias, 2009).
La carga debe tener un máximo del 5 % de humedad y una granulometría por debajo
de 200 mallas. El reactor, enfriado por agua, procesa el polvo con gases reductores
a más de 2 000 °C. Estos gases se producen por combustión de hidrocarburos
sólidos o gaseosos en aire o con oxígeno. Los materiales reaccionan rápidamente.
15
Se produce la reducción y evaporación del cinc y otros metales pesados (Madias,
2009).
La escoria a 1.600 °C se funde y se separa solidificándose como un vidrio, no
lixiviable. Se obtiene un residuo rico en óxidos de metales pesados y en algunos
casos, una aleación metálica. Los metales volátiles se evaporan y van a la casa de
humos, donde son capturados por los filtros.
1.3.3.3 Proceso electrotérmico
Este proceso, que se aplica en la planta de Toho Cinc en Japón, tiene como primera
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 tratamiento de
gases, queda un óxido de cinc que contiene de 29 a 34 % Zn. Este material se tritura
y se lava; se suma con otros reciclos y se produce un pellet con 12 % de humedad.
Se realiza un sinterizado para la eliminación de los cloruros y el plomo remanente.
El sínter obtenido, junto con coque, se cargan por el tope en un horno
electrotérmico, donde se somete a temperaturas 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 (Sinclair, 2005).
1.3.3.4 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. Se mezcla el
polvo con fundentes y reductores (carbón, coquecillo o coque de petróleo) y se
carga en el horno mediante 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 oxidación requerido se controla mediante la relación aire/gas.
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 (Madias, 2009).
16
1.4 Caracterización del proceso de aluminotermia
La acción reductora del aluminio sobre los óxidos de otros metales, cuando la
reacción se inicia en un punto, se desarrolla por sí sola, debido a que el calor de
formación del óxido de aluminio es mucho mayor que el de la mayoría de los demás
óxidos metálicos, referidos a la misma cantidad de oxígeno. A este proceso se le
denomina aluminotermia y es aplicable a la obtención de numerosos metales a partir
de sus óxidos. Todos ellos deben tener un calor de formación menor que el del óxido
de aluminio (Queiroz 2000).
El proceso de aluminotermia es un proceso de intercambio químico en el cual el
oxígeno estequiométrico de los óxidos ferrosos de la cascarilla y el polvo de acero
se combina con el aluminio. En este proceso, el aluminio tiene más afinidad
electrónica por el oxígeno que el hierro, su estado meta estable es en forma de
óxido, aunque el metal tiene una propiedad que se auto protege de la corrosión
creando en su superficie una delgada capa de óxido para protegerse.
El proceso de intercambio ocurre de la siguiente manera:
3(𝑠)+2𝐴𝑙(𝑠)→3𝐹𝑒(𝑠)+Al2O3(𝑠)+𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (1.4)
Fe2O3(𝑠)+2(𝑠)→2𝐹𝑒(𝑠)+ Al2O3(𝑠)+𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (1.5)
Como se aprecia en las reacciones del oxígeno presente en los óxidos ferrosos se
combina con el aluminio permitiendo la reducción del hierro. Este proceso de
reducción cuando el aluminio se combina con el oxígeno libera gran cantidad de
energía alcanzando temperaturas mayores que el punto de ebullición del
hierro(1538 ºC) por lo que el hierro pasa de su fase sólida oxidada a la fase líquida
reducida (Queiroz 2000).
La energía desprendida en el proceso es de 1577 kJ/kg de hierro, como la reacción
ocurre en condiciones adiabática todo el calor de reacción se invierte en calentar
los reactivos para que se transforme en producto. Existen numerosas pérdidas de
calor por conducción y radiación, reduciendo así la temperatura a unos 2 480 ºC.
Esta temperatura es cercana a la máxima tolerable, ya que el aluminio se vaporiza
a los 2500 ºC. Por otro lado, la temperatura máxima no debe ser mucho más baja,
ya que la escoria de aluminio (Al2O3) solidifica a los 2 040 ºC. La reacción funciona
mucho más eficazmente cuanto mayor es el volumen de mezcla.
17
Al ser el hierro más denso que el óxido de aluminio por diferencia de densidad el
hierro decanta y la escoria constituida por todos los óxidos que no se redujeron más
el óxido de aluminio asciende a la superficie (Queiroz 2000).
18
CAPÍTULO II: MATERIALES Y MÉTODOS
En este capítulo se realiza un estudio de la mezcla estudiada por Álvarez (2018, la
cual utiliza un 20 % de silicato de sodio para aglomerar el polvo de acería. El objetivo
es recolectar concentrados de cinc y plomo además de obtener una aleación de
posible uso industrial, evaluándose la influencia de la adición de aire al proceso.
2.1. Materias primas
Se emplearon como materia prima los residuos industriales siguientes:
- Polvo de acería, generado en el horno de arco eléctrico de la empresa ACINOX
Tunas.
- Cascarilla de laminación, procedente de la empresa ACINOX Tunas, adquirido en
Planta Mecánica de Santa Clara Villa Clara.
- Virutas de aluminio, generadas durante los procesos de corte y barrenado de
laminados de aluminio en la empresa de Antenas de Santa Clara.
- Silicato de sodio, producido en la Empresa Cloro Sosa de Sagua La Grande de
Villa Clara.
La composición química de las materias primas aparece en la Tabla 2.1
Tabla 2.1 Composición química de las materias primas utilizadas (en % masa)
Cascarilla de laminación Polvo de acería Virutas de aluminio
Comp. Contenido Comp. Contenido Comp. Contenido
Fe2O3 20-30 SiO2 4,062 Si 0,3-0,6
Fe3O4 40-60 Fe2O3 54,241 Fe 0,1-0,3
FeO 15-20 MnO 6,152 Mn 0,1
Fe 2-5 Al2O3 0,832 Cu 0,1
Fe prom 68,83 CaO 6,542 Mg 0,35-0,6
O2 prom 24,18 MgO 3,212 Zn 0,15
Impureza 5,00 P2O5 0,272 Cr 0,05
PbO 4,131 Ti 0,1
ZnO 18,281 Al
NiO 0,061
CdO 0,061
Humedad 1,501 1. determinada mediante espectroscopia de absorción atómica en el laboratorio de absorción atómica de la Facultad de
Ciencias Agropecuarias de la UCLV. 2. dato ofrecido por la empresa ACINOX Tunas, determinado mediante
fluorescencia de R-X (Alvarez, 2018)
19
Las materias primas para la conformación de las mezclas fueron tamizadas para
obtener un tamaño de grano inferior a 2,00 mm.
Los polvos de acería debido a que poseen una granulometría muy fina fueron
aglomerados utilizando un 20% de silicato de sodio.
2.2 Equipamiento empleado en la realización del procesamiento del polvo de
acería
Pesaje: El pesaje se realiza en una balanza técnica.
Mezclado: Se realizó en un mezclador rotatorio metálico tipo tambor con una
velocidad de rotación de 120 rpm y un ángulo de inclinación de 30º durante un
tiempo de 30 min (Figura 2.1).
Fig. 2.1 Mezclador rotatorio metálico tipo tambor
Secado: Se realizó en una estufa a 270 ºC durante un tiempo de 1 hora.
Reactor aluminotérmico: Está constituido de un crisol de grafito recubierto de una
mezcla de material refractario y montado sobre una base de acero. Las dimensiones
del crisol se muestran en la Tabla 2.2 (ver Figura 2.2).
Tabla 2.2: Dimensiones del crisol
Diámetro interior 20 cm
Altura 45 cm
Capacidad 6 kg
20
Figura 2.2 Reactor con crisol de grafito
Compresor: Fue utilizado en las coladas a las que se le suministró un flujo de aire
trabajándose con una presión en el tanque del compresor de 3 atmósferas.
Dispositivo para controlar el flujo de aire: Consiste en un tubo de diámetro
interior de 8 mm y 1 mm de espesor doblado con un radio de curvatura de 10 cm al
que se le realizaron 8 agujeros separados a 8 cm uno de otro. El extremo del tubo
se selló con el objetivo de direccionar el flujo de aire de forma uniforme sobre el
crisol con la finalidad de evaluar la influencia del flujo de aire sobre los resultados
del proceso. En las Figuras 2.3 y 2.4 se muestra la colocación del dispositivo sobre
el crisol.
Figura 2.3: Ubicación dispositivo Figura 2.4: Dirección del flujo de aire
21
2.3 Sistema de captación de polvos
El sistema de captación de polvos es muy sencillo costa de tres elementos: la
campana, el medio filtrante y el extractor de gases. En la Figura 2.5 se muestra el
sistema de captación de polvos. En la entrada de la campana se colocó el
dispositivo que tiene como objetivo regular la dirección y velocidad del flujo de aire.
Figura 2.5 Sistema de captación de polvos.
2.3.1 Medios filtrantes
En los primeros experimentos se recolectaron los polvos utilizando trampas de tela
(Figura 2.4), debido a que la cantidad de polvos que se escapaba era considerable
se añadieron dos trampas adicionales una a la entrada del extractor (trampa 4) y la
otra (trampa 3) al final de la estructura que soporta las trampas 1 y 2.
22
Figura 2.4: Trampas de tela
La trampa 3 posee dimensiones similares a la 1 y la 2 pero la trampa 4 debido a que
está ubicada en la entrada del extractor tiene forma circular. En la Tabla 2.3 se
muestran las dimensiones de las trampas.
Tabla 2.3: Dimensiones de las trampas
Con el objetivo de aumentar la eficiencia de captación de los polvos se decidió
sustituir las trampas de tela por una manga (Figura 2.5) debido a que ésta por su
forma cilíndrica proporciona una mayor área de filtración.
ancho 210 mm
altura 200 mm
Diámetro de la trampa del extractor 24 mm
Área de filtración 0,12645216 𝑚2
23
Figura 2.5: Manga de tela
La manga mantiene su forma debido a una estructura de malla metálica que se
encuentra en su interior. Es desmontable muy fácilmente y fácil de limpiar, la Tabla
2.4 muestra las dimensiones de la manga de tela.
Tabla 2.4: Dimensiones de la manga
Diámetro 120 mm
longitud 450 mm
Área de filtración 0,180864 𝑚2
2.4 Procesamiento de las cargas
Para el procesamiento de las cargas se sigue la siguiente secuencia de pasos:
1-Peletizacion de los polvos
Los polvos son aglomerados utilizando 20 % de silicato de sodio y posteriormente
secados al sol.
2-Tamizado de las materias primas.
La cascarilla de laminación y los polvos peletizados son tamizados para obtener un
grano inferior a 2 mm y la viruta de aluminio se tamizó para obtener un tamaño de
grano por debajo de 3 mm.
3-Mezclado.
El mezclado se realizó durante 30 minutos en el mezclador rotatorio tipo tambor.
24
4-Secado de la mezcla.
Se realiza en la estufa a 250 grados durante 1 hora.
5-Procesamiento aluminotérmico.
Al sacarse la mezcla de la estufa es introducida en el crisol donde la reacción es
iniciada utilizando un arco eléctrico (ver Figura 2.6).
6-Captacion de los polvos.
Los polvos ascienden hacia la campana junto con los gases calientes que se liberan
debido al vacío creado por el extractor y son retenidos por el sistema de filtración.
Figura 2.6: Inicio de la reacción utilizando un arco eléctrico.
Se prepararon cargas constituidas por 50 g de polvos de acería que fueron
aglomerados utilizando un 20 % de silicato de sodio, 200 g de cascarilla de
laminación y 77 g de virutas de aluminio.
25
CAPÍTULO III: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En este capítulo se presentan y evalúan los resultados obtenidos en los
experimentos realizados, partiendo de la cantidad de metal, escoria y de polvos
obtenidos, para lo cual se toma como referencia un balance de masa realizado,
además se presenta el diseño de un sistema de recolección de polvos y se hace
una valoración de la factibilidad del proceso.
3.1 Balance de Masa
El balance de masa es una cuantificación de las cantidades de los diferentes
materiales y los componentes que intervienen en el proceso, el cual se basa en la
ley de conservación de masa, de manera que se pueden contabilizar las cantidades
de materiales que entran y salen del sistema, así como las transformaciones que
sufren durante el procesamiento.
Masa acumulada = Masa que entra al sistema – Masa que sale del sistema
La reacción química general que representa el proceso de reducción que tiene lugar
entre los óxidos metálicos y el aluminio es la siguiente:
3/yMxOy + Al → 3x/yM + Al2O3 (3.1)
Donde M representa el metal que se obtiene y MxOy son los óxidos metálicos
presentes en la carga metalúrgica.
A partir de las reacciones químicas fundamentales que ocurren y un grupo de
criterios de la literatura se realiza el balance de masa. Las reacciones químicas
tomadas como referencia son las siguientes:
Fe2O3 + 2Al = 2Fe+ Al2O3 (3.2)
3Fe3O4 + 8Al = 9Fe + 4 Al2O3 (3.3)
3FeO+ 2Al = 3Fe + Al2O3 (3.4)
3SiO2 + 4Al = 3 Si + 2Al2O3 (3.5)
3MnO + 2Al= 3Mn+ Al2O3 (3.6)
Mg + ½O2 = MgO (3.7)
3NiO + 2Al= 3 Ni + Al2O3 (3.8)
3ZnO + 2Al= 3 Zn+ Al2O3 (3.9)
Cr2O3 + 2Al= 2Cr + Al2O3 (3.10)
26
3PbO + 2Al= 3Pb +Al2O3 (3.11)
3CdO + 2Al= 3Cd + Al2O3 (3.12)
En la Tabla 3.1 se muestran los resultados de los balances de masa.
Tabla 3.1 Balances de masa
Elementos entrada generación consumo salida
SiO2 7,91 0,00 7,91 0,00
Fe2O3 77,12 0,00 77,12 0,00
Fe3O4 100,00 0,00 100,00 0,00
FeO 35,00 35,00 0,00
CaO 3,27 0,00 0,00 3,27
MgO 1,61 0,19 0,00 1,80
Cr2O3 0,20 0,00 0,20 0,00
MnO 3,08 0,00 3,08 0,00
Al2O3 0,42 134,66 0,00 135,08
P2O5 0,14 0,135
ZnO 9,14 0,00
PbO 2,06 0,00
CdO 0,03 0,00
otros 15,90 15,90
Si 0,35 5,84 0,00 6,18
Fe 0,15 0,00 0,00 153,66
Mn 0,08 0,00 0,00 2,46
Cu 0,08 0,00 0,00 0,08
Mg 0,12 0,00 0,12 0,00
Zn 0,15 7,34 0,00
Cr 0,08 0,21
Ti 0,08 0,08
Al 75,91 71,27 4,65
O2 2,07 2,07 0,00
Pb 0,00 1,92 0,00
Cd 0,00 0,03 0,00
Ni 0,00 0,02 0,02
NiO 0,03 0,00
ZnO 0,00 9,34 0,00 9,34
PbO 0,00 2,06 0,00 2,06
CdO 0,00 0,03 0,00 0,03
Na2O 2,32 2,32
Total 337,27 337,27
27
A partir del balance de masa se pueden determinar la cantidad de productos
generados y su composición para los polvos, la escoria y el metal. Estos datos se
muestran en las Tablas 3.2.
Tabla 3.2 Cantidad y composición química teóricas de los productos a obtener
En la Tabla 3.2 se puede observar que el metal obtenido debe contener 3,7 % de
Si: 1,5 de Mn: 2,8 Al y otros elementos en concentraciones inferiores al 0,12 %. Es
una aleación de hierro con muy bajo contenido de carbono constituyendo una
materia prima de alta calidad para la producción de acero.
Por otro lado, en la misma Tabla 3.4 se observa que las escorias deben estar
formadas por 94,7 % de Al2O3, con contenidos de CaO y MgO de 2,29 y 1,26 %
respectivamente.
A partir de los datos teóricos de composición química se determina la temperatura
de fusión de las escorias utilizando la expresión siguiente (Torres, 1971):
ºC= 360+Al2O3−RO
0,228
Donde, Al2O3, es el por ciento de alúmina de la escoria y RO, el por ciento en peso
de los óxidos alcalinos, los de calcio y los de magnesio presentes.
Metal Escoria
Elementos g % Elementos g %
Si 6,18 3,693 CaO 3,27 2,295
Fe 153,66 91,780 MgO 1,80 1,263
Mn 2,46 1,468 Al2O3 135,08 94,7
Cu 0,08 0,045 P2O5 0,03 0,021
Cr 0,21 0,12 Na2O 2,32 1,628
Ti 0,08 0,046 Total 142,5 100
Al 4,65 2,776 Gases
P2O5 0,08 0,0484 Elementos g %
Ni 0,02 0,015 P2O5 0,027 0,236
Total 167,42 100,0 ZnO 9,34 81,515
PbO 2,06 18
CdO 0,03 0,249
Total 9,47 100,000
28
La temperatura de fusión aproximada de las escorias es de 1982,53 ºC lo que
permite el posible uso de las mismas en el desarrollo de materiales refractarios,
siendo también posible su uso en materiales abrasivos.
En la Tabla 3.2 se observa que las composiciones químicas de los polvos
colectados durante el procesamiento aluminotérmico, debe estar integrados
teóricamente por 81,5 % de ZnO, 18 % de PbO y 0,25 % de CdO. El alto contenido
de cinc convierte a estos polvos en una materia prima de alta calidad para la
obtención de este metal. El calor generado por la carga durante el procesamiento
aluminotérmico es de -838,67 cal/g (Alvarez, 2018).
3.2. Resultados del procesamiento
Los resultados obtenidos durante el procesamiento aluminotérmico se muestran en
la Tabla 3.3.
Tabla 3.3: Masas de productos obtenidos (en g)
Colada Masa de
polvo Masa de
metal Masa de la
escoria Material que no
reaccionó Medio filtrante
1 2,3 123 126 64 T
2 2,5 138 133 27 T
3* - 142,6 135 25 T
4* 1,2 110 140 65 T
5* 1,3 104 135 63 T
6* 2 110 140 60 T
7* 1,3 82 154 87 M
8* 2,4 90 135 50 M
9 1,8 96 157,4 35 M
10 2,2 115 158 24 M
11 1,3 125 143 31 M
12 2,2 73,4 156 56 M
13* 1,2 76 158 58 M
14* 2 120 122 66 M * coladas con suministro de aire M: manga T: trampa de tela
En la Figura 3.1 se muestra una foto de una de las aleaciones y escorias obtenidas
durante el procesamiento aluminotérmico.
29
Figura 3.1. Metal (A) y escoria (B) obtenidos en el procesamiento
Con los resultados del balance de masa y los datos mostrados en la Tabla 3.3 se
obtiene el rendimiento promedio de los productos, lo cual permite evaluar los
resultados del procesamiento aluminotérmcio. Los rendimientos del metal y la
escoria se muestran en la Tabla 3.4.
Tabla 3.4. Rendimiento promedio del metal y la escoria obtenidos en las coladas
Componente Rendimiento (%)
Metal 64,13 13,02
Escoria 103,43 8.66
Como puede observarse en la Tabla 3.4 la recuperación promedio de metal fue de
64 % con una desviación estándar de 13,2. Por otro lado, el rendimiento de escoria
fue de 103,43 % con una desviación estándar de 10,89.
En la Tabla 3.5 se muestran los resultados de los análisis de laboratorio realizados
por Álvarez Corcho (2018) al metal obtenido de las cargas que poseen un 20 % de
silicato de sodio.
Tabla 3.5; Composición química promedio del metal obtenido (Álvarez Corcho,
2018)
C Si Mn P S Cu Al Cr Mg
0,38 2,52 1,006 0,056 0,13 0,985 15,032 0,122 -
Mo Ni V Ti Nb Co W Pb Fe
0,172 0,091 0,017 0,069 0,010 0,019 `- 0,230 79,15
30
Se analiza el rendimiento de los polvos de forma separada para evaluar la influencia
del medio de filtración sobre la eficiencia de captación de estos, se obtienen los
resultados mostrados en la Tabla 3.8.
Tabla 3.6. Eficiencia de captación de los polvos.
Medio de filtración
Eficiencia de captación (%)
con suministro de aire
sin suministro de aire
trampa 15,84 4,60 25,34 1.49
manga 18,22 6,06 19,80 4,51
La eficiencia de recolección de los polvos disminuyó en las coladas a las que se le
suministró aire disminuyendo en un 1,58 % para la manga y en 9,88 % para la
trampa. Con suministro de aire la manga supera en 2,75 % la eficiencia de las
trampas mientras que sin aire las trampas superaron a las mangas en un 5,55 %.
Téngase en consideración que la tela utilizada en las mangas no es la adecuada y
que el diseño del sistema de captación es deficiente, lo cual afecta
considerablemente los resultados que se obtienen, no siendo posible recolectar
todos los polvos generados durante la colada.
La Figura 3.2 muestra una foto de los polvos colectados, se observa que los polvos
obtenidos en las coladas en las que se utilizó flujo de aire poseen una coloración
más oscura esto puede deberse a un efecto óptico producido por la disminución de
la granulometría o a un cambio en la composición química de estos, donde pudiera
ver un incremento en el contenido de óxido de hierro III.
Figura 3.2 Polvos obtenidos con flujo de aire (A) y obtenidos sin flujo de aire (B).
31
En la Tabla 3.7, se da la composición química de los polvos determinada por Álvarez
Corcho (2018) ya que los polvos obtenidos en este trabajo están siendo analizados
actualmente en el Centro de Investigaciones de la Laterita de Moa.
Tabla 3.7: Resultados del análisis químico a los polvos colectado (en %-m)
(Álvarez (2018))
Polvos Elementos
PbO Fe2O3 ZnO CdO
Malla 20 % - 3 II 6,19 12,84 50,71 0,10
Tela 20 % (2) - 3 III 10,93 5,10 58,05 0,16
Funda 20 % - 3 (Doble) 10,10 8,57 49,85 0,15
El material que no reaccionó osciló entre 24 y 87 g, lo cual pudiera estar relacionado
con deficiencias en el mezclado y como se muestra en la Tabla 3.3 representa entre
un 7,16 y un 25,97 % de la carga. En las coladas en las que se utilizó flujo de aire
no reaccionó un promedio de 59,25 g de material mientras que en las que no se
aplicó aire dejó de reaccionar en promedio 39,5 g. Este comportamiento pudiera
deberse a que el aire pudiera oxidar cierta cantidad de aluminio quedando material
sin reducir.
3.3 Diseño de un sistema de recolección de polvos
Teniendo en cuenta las deficiencias del sistema de recolección utilizado es
necesario rediseñarlo. Para la selección del medio filtrante se tuvo en consideración:
costo de fabricación, costo de operación, costo de mantenimiento y la efectividad
de retención de los polvos. Se opta por el uso de un filtro de mangas siendo el
tamaño de las partículas uno de los principales factores en esta selección debido a
la necesidad de un alto grado de recolección.
Los filtros de mangas están formados por uno o más compartimientos aislados que
contienen hileras de bolsas de tela en forma de tubos cilíndricos (manga). El gas
sucio pasa a lo largo del área de las bolsas y luego radialmente a través de la tela,
reteniendo el material en polvo. El filtro es diseñado para el reactor aluminotérmico
empleado anteriormente, considerando que el mismo se ha llenado totalmente (6,54
Kg de carga).
32
3.3.1 Diseño de la campana
Se decide utilizar una campana suspendida ya que estas son ideales para procesos
calientes con aire que asciende verticalmente, la distancia vertical desde la salida
de la fuente hasta la boca de la campana debe ser la menor posible para minimizar
el flujo necesario para la captación.
El diámetro interior del reactor aluminotérmico es de 200 mm, la distancia de la
campana a la fuente se considerará de 250 mm, espacio suficiente para lograr el
encendido de la carga.
Luego:
Perímetro de la fuente = πD= 0,62 m
Se han establecido, rangos de velocidades de captura para los diferentes procesos
dependiendo de la forma como se dispersa el contaminante. Al tratarse de una nave
industrial prácticamente cerrada se consideran mínimas las corrientes de aire, el
proceso se asemeja a la evaporación en tanques por lo que la velocidad de captura
se encuentra entre 50 y 100 fpm (Quispe, 2012).
Por lo que:
Vc = (50+100) /2 = 75fpm =0.38 m/s
3.3.1.1 Caudal necesario
El cálculo del caudal necesario· para realizar una eficiente captación, en este tipo
de campana se obtiene por la siguiente relación
Q = 1.4PHV (3.13)
Donde:
Q: Razón de flujo aspirado hacia dentro de la campana
P: perímetro de la fuente (pie)
H: distancia desde la campana a la fuente (pie)
V: velocidad de captura de la campana (fpm)
Entonces
Q = 1.4 x 0,62 m x 0,25 m x 75 fpm x 1𝑝𝑖𝑒2
0,3482𝑚2
Q=134,38 𝑝𝑖𝑒3/𝑚𝑖𝑛
Q= 0,063 𝑚3/𝑠
33
3.3.1.2Dimensiones de la campana
Longitud de la boca de la campana
L = D + 0.8H (3.14)
L = 0.20 + 0.8 X 0,25 = 0,4 m
Se utiliza una inclinación de 45°.
La altura de la campana se obtiene luego de evaluar el diámetro del conducto de
transporte que se empalma con la campana, por geometría. Para determinar el
diámetro del conducto se calcula el área transversal de este a partir del flujo y la
velocidad de transporte recomendada.
La velocidad de transporte para humos de óxidos de zinc y aluminio se encuentra
entre 1400 y 2000 fpm (Quispe, 2012).
A =𝑄
𝑣 =
0,063
7,112 = 0,00885𝑚2
D=√4𝐴
𝜋= √
4∗0,00885
𝜋=0,10 m
Figura 3.3. Dimensiones de la campana
3.3.2 Velocidad y área de filtración
La velocidad de filtración se selecciona en base a las propiedades de las partículas.
En la Tabla 3.8 se muestran las velocidades de filtración recomendadas para el
óxido de cinc y el óxido de plomo.
34
Tabla 3.8. Velocidad de filtración (m/s) (anónimo, 2008)
Partículas Modo de limpieza
Agitación/Contracorriente (tela tejida)
Aire a presión (fieltro)
Óxido de plomo 0,010 0,030
Óxido de zinc 0,010 0,025
Se utiliza una velocidad de filtración de 0,025 m/s ya que se utilizará un sistema de
limpieza por aire a presión y se selecciona la menor velocidad de filtración de las
dos ya que si esta es demasiado alta puede afectar la eficiencia de recolección.
Área de filtración
A=𝑄
𝑉 (3.15)
En la cual:
A = Área de filtración, m2.
Q = Caudal de la corriente gaseosa, m3/s.
V = Velocidad de filtración, m/s.
A=0,063
0,025 =2,52 𝑚2
Se recomienda cumplir la siguiente relación para evitar que se toquen las mangas
en su parte inferior debido a que al aumentar su longitud aumenta la posibilidad de
que no queden verticales en el montaje.
𝐿𝑚[𝑚]
𝐷𝑚[𝑚]≤ 25
0,50 𝑚
0,10 𝑚= 5 < 25
Área superficial de la manga
A=( 𝜋*ø*L) +( 𝜋*𝑅2) (3.16)
A=( 𝜋*0,10*0,50) +( 𝜋*0,052)
A= 0,16185 𝑚2
Número de mangas
#mangas= Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
Á𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑔𝑎 =
2,52 𝑚2
0,16185 𝑚2= 15,56 = 16
35
La distancia entre mangas debe cumplir un mínimo de 50 mm y 75 mm entre
mangas y paredes con el objetivo de asegurar que no ocurra contacto entre ellas.
La correcta disposición de las mangas asegura un diseño compacto y abarata los
costos al disminuir el material necesario para la construcción de la estructura del
filtro. Las mangas se distribuyen en una matriz de 4 x 4 siguiendo las
recomendaciones expuestas anteriormente siendo la placa un cuadrado de 700 mm
x 700 mm como muestra la Figura 3.5.
Figura 3.4. Placa espejo
3.3.3 Pérdidas de presión
La caída de presión en el filtro de mangas está compuesta por la resistencia que
presenta la tela, más la de la capa de partículas que se forma. La caída de presión
presentada por la capa de partículas es la que más contribuye a la caída de presión.
36
El material seleccionado para la fabricación de las mangas es fieltro de lana de
espesor 3,4 mm. Cuando el filtro está en funcionamiento la caída de presión del
compartimento se calcula junto con la caída de presión a través de la tela por lo que
es despreciable o puede decirse que está incluida en esta.
𝛥𝑃 = 𝛥𝑃𝑠 + 𝛥𝑃𝑓 + 𝛥𝑃𝑝 (3.17)
ΔP = Caída de presión total, mm H2O.
ΔPs = Caída de presión a través del compartimento, mm H2O.
ΔPf = Caída de presión a través de la tela, mm H2O.
ΔPp = Caída de presión a través de la capa de partículas, mm H2O.
La caída de presión a través de la tela depende de un factor obtenido
experimentalmente y de la velocidad de filtración.
ΔPf = K1V (3.18)
K1 = Factor de resistencia del tejido, 92,3 mm H2O s/m obtenido de la Tabla 1 anexo
1.
V = Velocidad de filtración, m/s.
ΔPf= 92,3 mm 𝐻2𝑂-s/m *0,025 m/s
ΔPf=2,30 mm 𝐻2𝑂
La caída de presión a través de la capa de partículas no sólo depende de un factor
experimental sino también de la concentración de las partículas en el flujo y el
tiempo de acumulación de estas en la superficie de la manga.
𝛥𝑃𝑠 = 𝑘2𝐶𝑝𝑉2θ (3.19)
En la cual:
Kp = Factor de resistencia debido a la capa de partículas, 16,078 mm H2O ms/g
obtenido de la tabla 2 anexo 1.
Cp = Concentración de partículas en la corriente gaseosa, g/m3.
V = Velocidad de filtración, m/s.
θ = Tiempo de acumulación de las partículas o de filtración, s.
Para calcular la concentración de partículas en la corriente de aire se asume que la
reacción aluminotérmica requiere de 20 segundos aproximadamente para
efectuarse, independiente de la cantidad de los productos involucrados.
𝐶𝑝=𝑚𝑝𝑡
𝑄∗𝑡𝑟 (3.20)
37
Cp = Concentración de partículas en la corriente gaseosa, g/𝑚3.
Q: Razón de flujo aspirado hacia dentro de la campana m3/s.
𝑡𝑟: Tiempo de duración de la reacción, s.
𝑚𝑝𝑡: Masa teórica de polvos generados, g.
𝐶𝑝=189,30 𝑔
0,063 𝑚3
𝑠∗20 𝑠
=150,23 g/𝑚3
𝛥𝑃𝑠 = 𝑘2𝐶𝑝𝑉2θ (3.21)
𝛥𝑃𝑠 = 16,078 ∗ 150,23 ∗ 0,0252 ∗3s
𝛥𝑃𝑠 = 4,52 𝑚𝑚 𝐻2𝑂
Se obtiene la caída de presión en el filtro.
𝛥𝑃 = 2,30 𝑚𝑚 𝐻2𝑂 + 4,52 𝑚𝑚 𝐻2𝑂
𝛥𝑃 = 6,82𝑚𝑚 𝐻2𝑂
3.3.4 Selección del ventilador
Para la selección del ventilador es necesario conocer los requerimientos del
sistema, en este caso el caudal de trabajo, el cabezal de presión total y la
temperatura de trabajo. Además, también se requiere conocer las características de
la corriente de gas ya que puede afectar a los componentes internos del ventilador.
Luego de tener todas estas variables bien definidas se recurre a la selección de
ventiladores mediante catálogos técnicos de fabricantes, o al pedido de diseños
específicos acorde con los requerimientos.
Se tiene que:
Caudal: 0,063 m3/s o 226,8 m3/h
Caída de presión: - 6,82𝑚𝑚 𝐻2𝑂
Según el grafico ofrecido por el fabricante SODECA se selecciona el modelo CMP-
514-4T
38
Figura 3.5 Curvas dadas por el fabricante (SODECA, 2017)
En la Tabla 3.9 se muestran los datos de diseño del ventilador siendo necesario
calcular las nuevas rpm del motor del ventilador para obtener el flujo requerido a
través de las leyes de semejanzas.
Tabla 3.9. Datos de diseño del ventilador (SODECA, 2017)
Ventilador centrifugo de media presión modelo CMP-514-4T
Presión 6,82 𝑚𝑚 𝐻2𝑂
rotación 1728 rpm
flujo 410 m3/h
Potencia 0,08 KW
Aplicando las leyes de semejanza
𝑟𝑝𝑚(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜)
𝑟𝑝𝑚(𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎)=
𝑄(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜)
𝑄(𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜)
rpm (requerida)=𝑟𝑝𝑚(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜) ∗𝑄(𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜)
𝑄(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜)
rpm (requerida)= 1728 rpm*226,8 m3/h
410 m3/h
rpm (requerida)= 956
3.3.5 Sistema de limpieza
El sistema Pulse Jet utiliza un poderoso chorro de aire comprimido en sentido
contrario al flujo de aire, limpiando las bolsas de forma continua, automáticamente
39
y secuencialmente mientras la filtración se realiza sin interrupción. La capa de polvo
a su paso por las mangas comienza a crecer, aumenta la resistencia al paso del
flujo de gas, aumentado así la presión diferencial entre la cámara de aire limpio y la
cámara de aire sucio. Una vez alcanzado cierto valor de presión diferencial, un
controlador activa un ciclo de limpieza, enviando un pulso eléctrico de 24 VDC con
una duración usual de 75 mseg a una válvula solenoide. La válvula solenoide
entonces envía una señal neumática a una válvula de diafragma permitiendo que
ésta permanezca abierta por un determinado tiempo, para que así el aire acumulado
en un manifold acumulador, fluya hacia los tubos de soplado y proyectado hacia los
Venturi, para de allí soplar las mangas para limpiarlas. El material particulado cae a
la tolva donde un sensor de nivel de polvo detecta si este se acumula. Para evitar
su acumulación, una válvula de descarga de polvo, actúa constantemente,
manteniendo la tolva prácticamente vacía. La importancia de que no se acumule el
polvo en la tolva es que, si lo hace, los gases que entran al colector, arrastrarían al
polvo depositado, ensuciando las mangas mucho antes de lo necesario. Esto
produce un mayor gasto de aire comprimido y un desgaste acelerado de los
elementos filtrantes (Quispe, 2012).
3.3.5.1. Componentes del sistema pulse jet
El Sistema Pulse Jet está compuesto de varios accesorios que en conjunto realizan
la limpieza de las Mangas Filtrantes bajo una lógica de funcionamiento.
Los principales componentes son: Manifold acumulador de aire, válvula de
diafragma válvulas de Solenoide, manómetro diferencial, controlador secuencial,
tubos de Soplado y Coplas W APC, Venturi, válvula rotativa de descarga y sistema
de alimentación de aire comprimido. En la Figura 3.6 se muestra un esquema del
sistema propuesto (Quispe, 2012).
40
Figura 3.6. Representación Esquemática de los Componentes del Sistema Pulse
Jet.
3.3.6 Vista de la instalación del filtro
En la Figura 3.7 se muestra un esquema del sistema de filtración diseñado donde
se aprecia el filtro de mangas con su sistema de limpieza, el extractor, y una variante
de sistema de descarga en un ensamblaje realizado en el software SOLIDWORKS.
La unión entre la cámara de aire sucio y la cámara de aire limpio son atornilladas,
utilizando una junta entre ambas con el objetivo de garantizar la hermeticidad del
sistema.
41
Figura 3.7: Filtro de mangas
3.4. Evaluación de la factibilidad del proceso
3.4.1 Costos de la materia prima
En la Tabla 3.10 se muestran las normas de consumo, necesarias para procesar 1
tonelada de mezcla, también se exponen los precios de las materias primas y el
importe de estas.
Tabla 3.10: Importe de las materias primas
Materia prima norma de consumo (t)
precio cup/t
precio cuc/t
Importe cup/t
Importe cuc/t
Cascarilla 0,61 38 - 23.24 0
Viruta de aluminio 0,24 17.5 120 4.12 28,26
Polvos de acería 0,15 - - 0 0
Silicato de sodio 0,03 138.5 186.50 4.23 5.71
Total 1,70 31.59 33.97
42
3.4.2 Costos de energía eléctrica
En la Tabla 3.11 se muestran los gastos de energía eléctrica en el procesamiento
de las materias primas, los índices de trabajo de Bond (W) para los diferentes
materiales (Rosabal ,1998). La escoria que se muestra en la tabla es la obtenida en
el proceso aluminotérmico y es necesaria molerla y tamizarla para obtener el polvo
abrasivo con un precio de venta.
Tabla 3.11: Gasto de energía eléctrica del proceso
Materia prima Cascarilla Viruta de aluminio
Polvos de acería
Escoria Total
norma de consumo (t)
0,61 0,24 0,15 0,44 1,03
In, Bond (kW,h/t) 11,26 - 64,15
Tamizado (kW,h/t) 2,5 - 2,5 2,5
Consumo (kW,h) 8,39 - 0,07 29,33 37,79
Peletizado 4,5 4,5
Mezclado (kW,h) 0,25
Estufado (kW,h) 4,12
Total (kW,h) 46,66
Total (CUP) 4.20
El precio del kw.h es 0.09 CUP
Se desprecia el consumo de energía del filtro de manga ya que este funcionara
unos treinta segundos por colada.
3.4.3 Costos de trasportación
Los costos de transportación se pueden ver la Tabla 3.12.
Tabla 3.12: Costos de transportación
Materia prima norma de consumo (t)
precio cup/t
precio cuc/t
Importe cup/t
Importe cuc/t
Cascarilla 0,61
Polvos de acería 0,15
Viruta de aluminio 0,24
Total 1 19.72 4.58 19.72 4.58
3.4.4 Costos totales de producción
Según Peter y Timmerhaus (1991), los costos directos de producción representan
el 60 % de los costos totales del producto. El resumen, y el total de los costos, se
pueden ver en la Tabla 3.13.
43
Tabla 3.13: Resumen de los costos directos de producción
Resumen de costos Costo (CUC) Costo (CUP)
Materia prima 33.97 31.59
Transportación 4.58 19.72
Energía eléctrica - 4.20
subtotal 38,55 55.51
Mano de obra (15 %) - 18.50
Total de costos directos (60 %)
38.55 74
Costo de producción (100 %) 63.33 123,33
Al procesar 1 tonelada de mezcla, se obtienen de manera simultánea 0,62 toneladas
de metal, 0,43 t de escoria y 0,02 t de concentrado de plomo y cinc (ver Tabla 3.16).
Asumiendo que en las Empresas cubana el CUC es igual al CUP, el total de costos
de producción es 186.66 pesos.
Tabla 3.14: Precio de venta de los productos obtenidos
Productos Cantidad obtenida Precio (CUC) Total (CUC)
Metal 0,51 300 153
Abrasivo 0,43 350 150.5
Concentrado de cinc y plomo
0.029 1350 39.15
Total 342.5 Los precios de venta del metal fueron tomados, de Chatarra de acero (2019), y los del abrasivo, de Alta Pureza
precio de fábrica alfa polvo de alúmina Al2O3, óxido de aluminio (2019).
Al comparar el costo de procesamiento de una tonelada de mezcla y el precio de
los productos obtenidos se alcanza una ganancia de: 155.84 pesos.
Como puede observarse el proceso es altamente rentable esto se debe a que se
usan como materias primas residuales industriales, lo cual le permite a la empresa
que fabrique estos productos trabajar en determinadas condiciones con costos de
producción mayores o disminuir los precios de venta de sus producciones sin afectar
sus ganancias.
44
CONCLUSIONES
1- El procesamiento aluminotérmico de las mezclas de cascarilla de laminación y
polvos de acería aglomerados con silicato de sodio, permitió obtener acero al
carbono de posible uso como materia prima en la industria siderúrgica, escorias de
alta dureza factibles de emplear como material abrasivo y un concentrado de Zn y
Pb en forma de polvo.
2- La eficiencia de recolección de los polvos generados fue inferior al 25 %
independientemente del sistema de captación de polvos y del suministro o no de
aire al proceso, lo cual indica la necesidad de diseñar y construir un sistema eficiente
de captación de los polvos.
3- El sistema de recolección de polvos diseñado, utilizando filtros de manga, debe
permitir la recuperación de los polvos generados durante el procesamiento
pirometalúrgico de una carga compuesta por 6,54 kg de mezcla de cascarilla de
laminación, polvos de acería y virutas de aluminio con alta eficiencia.
4- La conformación de mezclas de polvos de acería con cascarilla de laminación y
aluminio como reductor permite recuperar los elementos metálicos presentes en
estos residuos (Fe, Zn, Sn, Pb, entre otros), a través de una aleación de hierro, un
concentrado en polvo y una escoria de alta alúmina, constituyendo una alternativa
para el procesamiento de residuos siderúrgicos con un impacto positivo para el
medio ambiente y un efecto económico positivo.
45
RECOMENDACIONES
1. Construir y evaluar en la práctica el sistema de recolección de polvos
diseñado.
2. Caracterizar los concentrados de polvos obtenidos.
46
Bibliografía
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Universidad de Medellín volumen 7, No. 12, pp. 4
Alta Pureza precio de fábrica alfa polvo de alúmina Al2O3, óxido de aluminio (2019).
48
ANEXO 1
Tabla 1. Factores de resistencia para fieltros
Tela Espesor (mm) K1 (mm H2O. s/m)
Lana 3,4 92,3
3,3 2688,2
Orlón
1,1 111,1
2,2 142,9
3,2 166,7
Acrílico 1,9 142,9
Dracón
2,0 142,9
6,4 11,8
3,2 100,0
Nylon 3,2 71,4
Teflón 1,3 30,3
3,0 115,7
Tabla 2. Factores de resistencia de ciertas partículas
Partículas K2 (mm H2O · m · s/g)
833 μm 110 μm 90 μm 45 μm 40 μm 20 μm 2 μm
Granito 1,618 2,253
Fundición 0,635 1,618 3,871
Yeso 6,452 19,355
Feldespato 6,452 27,957
Piedra 0,983 6,452
Cenizas (negro de humo)
48,337
Óxido de cinc 16,078
Madera 6,452
Resina (fría) 0,635 25,807
Avena 1,618 9,831 11,265
Maíz 0,635 3,871 9,012 9,228
49
Tabla 3. Consumo de potencia de los equipos
Equipo Consumo (kW.h/ton)
Mezclador 0,24
Tamizado 2,5
Peletizadora 25
Estufa 0,4
