UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA METALURGICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

ASIGNATURA: INGENIERIA AMBIENTAL

TEMA: TRATAMIENTO DE GASES EN PLANTAS METALRGICAS

DOCENTE: Magister Pedro Camero Hermosa

ALUMNOS: Carla E.Chillitupa Chillitupa 050230

Christian Jose Sihua Quispe 020675

Gary C. Cceres Oroz 020923

Fredy Laguna Condori 991939

CUSCO - PERU

PRESENTACIN

Las emanaciones, ocasionadas por la colosal industria metalrgica; hoy en da se pone en consideracin por los perjuicios que suscita en nuestro planeta y con mayor intensidad en los alrededores del lugar de operaciones. Por ende, se concibe en esta investigacin, el tratamiento de los gases perniciosos con el propsito de ofrecer la mejor informacin posible, donde se abordan los principios bsicos de los mtodos empleados y algunas alternativas de solucin.

Para tal propsito, se recogen los puntos clave a ser investigados en el campo del medio ambiente, como son el desarrollo de tecnologas limpias para reducir la contaminacin y para el reciclado de los desechos.

INTRODUCCIN

Las relaciones existentes entre las enfermedades humanas y la exposicin a la contaminacin no son sencillas ni se conocen con exactitud. No obstante, existen pruebas abundantes de que en general, las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire son peligrosas para los seres humanos y ecosistema en general

Los contaminantes presentes en la atmsfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropognicas. En el primer caso la presencia de contaminantes se debe a causas naturales, mientras que en el segundo tiene su origen en las actividades humanas.

En las plantas metalrgicas, durante las distintas operaciones se emiten a la atmsfera gases (productos de combustin: xidos de carbono, xidos de nitrgeno, dixido de azufre), sustancias qumicas y partculas de distinta ndole. Para el tratamiento de estos elementos nocivos, se pueden emplear distintas tcnicas de eliminacin de partculas y contaminantes gaseosos. Generalmente, para la eliminacin de partculas se emplean dispositivos clasificados de acuerdo al fenmeno fsico (fuerza centrfuga, fuerza electrosttica) o tcnica (lavado, filtracin) en los que se basan. Entre los dispositivos basados en la fuerza centrfuga se encuentran los ciclones, en el caso de los dispositivos basados en la fuerza electrosttica aparecen los electrofiltros y como tcnica de lavado y filtracin est mediante filtros de mangas.

Otro mtodo de control de contaminacin atmosfrica es la altura de la chimenea, que tiene una gran influencia en la dispersin de los contaminantes. La altura de una chimenea condiciona el valor mximo de la concentracin de contaminantes en la atmsfera prxima a la planta metalrgica.

TRATAMIENTO DE GASES EN PLANTAS METALURGICAS

El control de los contaminantes procedentes del procesamiento metalrgico ha sido desde hace mucho tiempo un problema difcil y costoso y su importancia ha aumentado en los aos recientes. Se ha dado mayor importancia a la reduccin de la contaminacin al mnimo, y se estn estableciendo en muchos pases normas de control ms rgidas sobre los contaminantes permitidos en el aire y en el agua mediante estricta reglamentacin.

La advertencia de este problema en la industria metalrgica no es nueva. Desde 1821, a principios de la Revolucin Industrial, haba preocupacin acerca de las emisiones de S02 que lanzaban los hornos de las fundiciones de cobre de Swansea, Gales, en donde dichas emisiones daaban las cosechas de las reas circunvecinas y tenan que controlarse. Para 1860 las fundiciones ya tenan cierto control de su S02 gaseoso, del que trataban una parte para producir cido Sulfrico (con aproximadamente 40% del azufre total que iba a las fundiciones, recuperado como tal) hasta el grado que permita el consumo comercial del cido producido, y el S02 restante lo expulsaban por chimeneas elevadas por disiparlo en las capas altas de la atmsfera.

En general, el gas de proceso por depurarse contiene partculas slidas en suspensin, las cuales pueden separarse por distintos tipos de colectores de polvo, y compuestos qumicos gaseosos de los que el anhdrido sulfuroso es, con ventaja, el ms comn, aunque hay otros gases como el cloro, el cido clorhdrico gaseoso y los fluoruros que son tambin subproductos de algunas operaciones metalrgicas. Estos productos gaseosos se eliminan por mtodos qumicos de combinacin.

Existen varias razones importantes para depurar los gases procedentes de los procesos metalrgicos; las ms importantes son las siguientes:

1. Recuperar partculas en suspensin portadoras de valores para regresarlas a la planta y reprocesarlas. Una fundicin de cobre en la que se procesen concentrados de flotacin de menos de 200 mallas puede perder hasta 8% de la materia prima en forma de polvo de chimenea, y si no se recupera y recicla este tonelaje, la economa del proceso en conjunto se ver afectada seriamente.

2. La contaminacin ambiental, tanto desde el punto de vista de los trabajadores expuestos a la emisin de gases txicos en concentraciones peligrosas (en la norma estadounidense EPA, 5.0 ppm para (os trabajadores expuestos a S02) como por la expulsin de gases tales como SO2 que ocasionan daos a la agricultura combinndose con el vapor de agua de la atmsfera para formar anhdrido sulfrico y cido sulfrico que queman las cosechas. La contaminacin de las fuentes de abastecimiento de agua por compuestos de metales pesados y alto contenido de cido se encuentra tambin bajo estricta reglamentacin gubernamental por razones de salud. (El Ministerio Canadiense del Ambiente establece 1 ppm como concentracin mxima segura para estos metales.)

3. Separar subproductos gaseosos portadores de metales, tales como el S02, que se pueden usar como materia prima para producir cido sulfrico o de azufre elemental, que son productos comerciales.

4. Depurar productos gaseosos de alto poder calorfico que contienen grandes porcentajes de CO combustible, que habiendo sido liberados de los slidos suspendidos, pueden llevarse a quemadores, para usarse como gas combustible en cualquier parte de la planta.

5. Muchos gases metalrgicos son producto de las operaciones de hornos a alta temperatura, y salen del proceso con un alto contenido de calor sensible. Este calor puede recuperarse en dispositivos tales como calderas recuperadoras y sistemas de recuperacin de calor, en general, antes de dejar escapar a la atmsfera los gases ya enfriados.

Problemas medioambientales del sector

En la produccin de metales no frreos se utilizan diversas materias primas, que pueden ser primarias o secundarias. Las primarias son las que se obtienen a partir de los minerales extrados de la mina y sometidos despus a un tratamiento previo al proceso metalrgico de produccin del metal bruto. Este tratamiento suele realizarse en las proximidades de las minas. Las materias primas secundarias son chatarra y residuos de produccin propia, que tambin pueden someterse a algn tipo de tratamiento previo para eliminar revestimientos.

Los principales problemas ambientales relacionados con la produccin de la mayora de metales no frreos primarios son las emisiones atmosfricas de polvo y metales o compuestos metlicos y tambin de dixido de azufre si en los procesos de tostacin y fundicin se utilizan concentrados sulfurosos, combustibles sulfreos u otros materiales similares. Por lo tanto, un factor importante en estas industrias es la captacin del azufre y su transformacin o eliminacin. Los hornos, reactores y vehculos de transferencia de metal fundido que forman parte de los procesos pirometalrgicos son fuentes potenciales de emisin de polvo y metales.

El consumo de energa y su recuperacin son factores importantes en la produccin metalrgica no frrea. Dependen del aprovechamiento eficiente del contenido energtico de los minerales sulfurosos, de la demanda energtica de las fases del proceso, del tipo y mtodo de suministro de la energa utilizada y de la aplicacin de mtodos eficaces de recuperacin del calor.

Los principales problemas medioambientales asociados a la produccin de metales no frreos secundarios tambin estn relacionados con los gases de escape que generan los diversos hornos y vehculos de transferencia, que contienen polvo, metales y, en algunas fases del proceso, gases cidos. Tambin existe la posibilidad de que se formen dioxinas debido a la presencia de pequeas cantidades de cloro en las materias primas secundarias. La destruccin o captacin de dioxinas y componentes orgnicos voltiles (COV) sigue siendo objeto de investigacin. En el caso del aluminio primario, los principales problemas medioambientales son los fluoruros y los hidrocarburos polifluorados que genera la electrlisis y los residuos slidos que generan las cubas y la produccin de almina.

La produccin de zinc y otros metales tambin genera residuos slidos durante las fases de eliminacin del hierro. Otros procesos utilizan reactivos peligrosos como HCl, HNO3, Cl2 y disolventes orgnicos en las fases de lixiviacin y purificacin. Las tcnicas de fabricacin avanzadas permiten contener, recuperar y reutilizar estos materiales. Los sistemas de estanquizacin de reactores son una buena opcin en este caso.

En la mayora de los casos, estos gases de proceso se depuran a travs de filtros textiles, que reducen las emisiones de polvo y compuestos metlicos como el plomo. Los depuradores y precipitadores electrostticos de proceso hmedo son particularmente eficaces con los gases de proceso que pasan por

un sistema de recuperacin de azufre en una planta de cido sulfrico. Tambin pueden utilizarse depuradores de proceso hmedo si el polvo es abrasivo o difcil de filtrar. Los sistemas de estanquizacin de hornos y los vehculos de transferencia cerrados son una buena opcin para prevenir las emisiones fugitivas.

En resumen, los principales problemas que causan los procesos productivos de cada grupo de metales se deben a los siguientes componentes:

Produccin de cobre: SO2, polvo, compuestos metlicos, compuestos orgnicos, aguas residuales (compuestos metlicos), y residuos tales como revestimientos de hornos, lodos, polvo filtrado y escoria. Tambin existe el problema de la formacin de dioxinas durante el tratamiento de materiales de cobre secundarios.

Produccin de aluminio: fluoruros (HF incluidos), polvo, compuestos metlicos, SO2, COS, PAH, COV, gases con efecto invernadero (PFC y CO2), dioxinas (produccin secundaria), cloruros y HCl. Tambin residuos de bauxita, revestimientos de crisoles gastados, polvo filtrado y escoria salina y aguas residuales (aceite y amonaco).

Produccin de plomo, zinc y cadmio: polvo, compuestos metlicos, COV (dioxinas incluidas), olores, SO2, otros gases cidos, aguas residuales (compuestos metlicos). Tambin residuos como los lodos, residuos ricos en hierro, polvo filtrado y escoria.

Produccin de metales preciosos: COV, polvo, compuestos metlicos, dioxinas, olores, NOx y otros gases cidos como el cloro y el SO2. Residuos como lodos, polvo filtrado y escoria y aguas residuales (compuestos metlicos y orgnicos).

Produccin de mercurio: vapor de mercurio, polvo, compuestos metlicos, olores, SO2, otros gases cidos, aguas residuales (compuestos metlicos), residuos como lodos, polvo filtrado y escoria.

Produccin de metales refractarios, pulvimetales duros y carburos metlicos: polvo, compuestos metlicos y de metales duros slidos, aguas residuales (compuestos metlicos) y residuos como polvo filtrado, lodos y escoria. En el tratamiento del tntalo y el niobio se utilizan productos qumicos como el fluoruro de hidrgeno (HF), que son altamente txicos. Hay que tener esto en cuenta en las operaciones de manipulacin y almacenamiento de estos materiales.

Produccin de ferroaleaciones: polvo, compuestos metlicos, CO, CO2, SO2, recuperacin de energa, aguas residuales (compuestos metlicos), y residuos como polvo filtrado, lodos y escoria.

Produccin de metales alcalinos y alcalinotrreos: cloro, HCl, dioxinas, SF6, polvo, compuestos metlicos, CO2, SO2, aguas residuales (compuestos metlicos), y residuos como lodos, aluminato, polvo filtrado y escoria.

Produccin de nquel y cobalto: COV, CO, polvo, compuestos metlicos, olores, SO2, cloro y otros gases cidos, aguas residuales (compuestos metlicos y orgnicos), y residuos como lodos, polvo filtrado y escoria.

Produccin de carbono y grafito: PAH, hidrocarburos, polvo, olores, SO2, aguas residuales y residuos como el polvo filtrado.

A continuacin desarrollamos algunos mtodos y equipos empleados en la depuracin gases y polvos:

COLECTORES DE POLVO - SEPARACIN DE SOLIDOS SUSPENDIDOS EN GASES

La recoleccin de polvo se efecta por diversos mtodos, y se debe tomar en cuenta en la seleccin del mtodo lo siguiente:

1) el tamao de partculas por remover.

2) la temperatura del gas.

3) el volumen de gas.

4) la velocidad del gas.

5) si el colector ha de usarse solo o formando parte de una serie.

6). si ha de recuperarse o no el calor sensible de los gases.

Los tamaos y tipos de partculas se clasifican en cuatro categoras

(1 micra = 1/1, 000,000 metro = 1/25,400 pulgada = 3.937 x 10-5 pulgada):

Vapores 0.05 a 1.0 micras; partculas slidas finas formadas por la condensacin de vapores metlicos.

Polvo 1.0 a 50 micras; partculas slidas, pequeas, formadas por la fractura de partculas de mayor tamao.

Niebla 0.5 a 10 micras; pequesimas gotas de lquido generadas por condensacin.

Humo 0.05 a 1.0 micra; partculas slidas finas resultantes de la combustin incompleta de materiales orgnicos.

Los contenidos de polvo se dan en granos por pie cbico o en gramos por metro cbico (1.0 grano por pie cbico = 2.3 gramos por m3; 1 grano = 0,065 gramo).

Hay cuatro designaciones del contenido de polvo:

Ligera 1/2 a 2 granos por pe cbico (1.15 a 4.6 gramos por m3)

Mediana 2 a 3 granos por pie cbico (4.6 a 6.9 gramos por m3)

Moderada 3 a 5 granos por pie cbico (6.9 a 11.5 gramos por m3)

Pesada 5 o ms granos por pie cbico (11.5 o ms gramos por m3)

Existen ocho tipos de colectores de polvo en uso comn, cada uno de los cuales tiene su eficiencia de coleccin ptima dentro de una cierta gama de lmanos de partcula. Estos tipos de colectores y sus intervalos de eficiencia son los siguientes:

Cmara de asentamiento

90% de eficiencia arriba de 50 micras.

Cicln 70 micras, 20% de eficiencia; 100 micras, 92% de eficiencia.

Multicln o cicln mltiple

3 micras, 20% eficiencia; 70 micras, 99% de eficiencia.

Filtro de bolsas intervalo 0.5 a 100 micras, 99% de eficiencia.

Torre de roco 10 micras, 88% de eficiencia; 90 micras, 98% de eficiencia.

Lavador de Venturi 0.2 mieras, 30% de eficiencia; 5 mieras, 99% de eficiencia.

Precipitado/- electrosttico

0.1 miera, 82% de eficiencia, 2 mieras, 99% de eficiencia.

Lavador hmedo 0.3 miera, 20% de eficiencia; 9 mieras, 99% de eficiencia.

1. CMARA DE ASENTAMIENTO

(cmara de asentamiento por gravedad, cmara de ex-pansin, ducto de baln). Este es uno de los mtodos ms antiguos y simples para recolectar polvo y se emplea para separar partculas gruesas mayores de 50 mieras. La cmara de asentamiento funciona con base en el principio de un pequeo duelo que conduce gas a alta velocidad y que descarga a una cmara de mucho mayores dimensiones, cuya rea de seccin transversal aumenta considerablemente. La velocidad del gas disminuye, debido al mayor volumen de la cmara, y por esta razn ya no es capaz de acarrear las partculas de polvo ms grandes que lleva la corriente de gas por lo que caen. El gas depurado sale por un pequeo ducto de descarga.

La temperatura del gas no es importante, ya que la cmara es de acero y puede revestirse con ladrillo refractario resistente al calor. Es de construccin simple sin partes mecnicas que se desgasten rpidamente y puede hacerse de dimensiones sufi-cientes para pasar por ella un volumen grande de gases. La cmara de asentamiento puede ser de diseo vertical u horizontal, y como el gas se hace pasar seco por la unidad, no hay enfriamiento ni prdida de calor sensible. La cmara de asentamiento es una unidad primaria que slo puede usarse si las particulas de polvo son todas grandes, o como la primera unidad de una serie, si se tiene una variedad de tamaos de partcula para recuperarse por medio de varios colectores.

2. LOS CICLONES

Son tambin colectores sin partes movibles que se utilizan en seco y conservan el calor sensible de los gases calientes que pasan por ellos. El cicln trabaja en forma ptima en el tratamiento de partculas de tamao mediano, y tiene una eficiencia de slo 20% de recuperacin en partculas pequeas de 7 mieras, aumentando sta al 92% con partculas ms grandes, del orden de 100 micras.

El cicln es un colector de bajo costo inicial y bajo costo de operacin, y es de tamao relativamente reducido; en la variedad de formas en que se fabrica es el tipo de colector de uso ms frecuente, siendo los ms eficientes los de cuerpo de dimetro pequeo (menor de 9 pulgadas, 22.5 cm).

Estos aparatos funcionan bajo el principio de que al entrar una corriente de gas a alta velocidad cerca de la seccin cilndrica superior del cicln e incidir tangencialmente sobre la superficie curva, la fuerza centrfuga que resulta de la velocidad tangencial del gas lleva a las partculas de polvo hasta la pared del cicln, al chocar con sta se deslizan hacia abajo por su propio peso y salen por el fondo cnico del cicln. El gas depurado escapa por una abertura de descarga que hay en la parte superior del colector.

Colector ciclnico para polvo

S se produce un desgaste excesivo del casco de acero del cicln por el efecto de choque de las partculas finas de polvo que entran en la unidad a gran velocidad, tal desgaste puede controlarse mediante un revestimiento formado por insertos de por-celana aplicado en la seccin cilndrica de alimentacin del cicln. El cicln puede usarse nicamente como unidad primaria, o como colector intermedio si se utiliza formando parte de una serie.

Colector de polvo de ciclones mltiples.

Para un conjunto de condiciones dado, la eficiencia de operacin (la relacin) aumenta al disminuir el dimetro del cicln para ciclones de las mismas proporciones de diseo.

3. LOS CICLONES MLTIPLES

Son una forma de colectores ciclnicos que tambin se usan en seco, en los que se combinan varios ciclones de dimetro pequeo dentro de un solo casco de contencin que trabajan en conjunto como una sola unidad. Estos aparatos aprovechan la mayor eficiencia de operacin de los ciclones de dimetro pequeo, y como los ciclones pequeos toman slo su parte de la carga de polvo y trabajan en paralelo, estos grupos de ciclones que forman los multiciclones pueden procesar volmenes grandes de gases con carga de polvo importante con bastante buena eficiencia general de depuracin.

Este equipo tambin opera mejor en la recoleccin y separacin de partculas de tamao mediano y tiene una eficiencia de slo 20% con partculas de 3 mieras, pero de 99% con partculas de 70 micras.

Colector de polvo de Ciclones Mltiples

4. LOS FILTROS DE BOLSA

Son colectores de tipo filtrante, y de los ms antiguos y confiables, su uso todava est muy generalizado. El gas que contiene los slidos suspendidos se dirige a cierta presin al interior de bolsas de tela, por las que pasa el gas a travs de la tela y hacia

afuera del colector, dejando atrs los slidos, el polvo o los polvillos que retiene (a tela. Despus del primer instante de contacto, la accin filtrante la realiza en realidad la torta de polvo que se ha depositado sobre el filtro de tela, ms que el tejido mismo de la tela de que est hecha la bolsa.

Filtro de bolsas de tela para partculas secas.

Las bolsas se usan en grandes grupos y se sacuden peridicamente, o bien se invierte momentneamente la corriente de gases para desprender la capa de partculas que se ha acumulado en el interior de las bolsas. El polvo cae en una tolva situada en el fondo del filtro, y de all se le extrae. La vida de las bolsas varia de seis meses a dos arios, y el tamao de las mismas de 5 a 20 pulgadas de dimetro (12.5 a 50 cm), y alcanza una longitud hasta de 44 pies (13.2 m). Cuando se rasga una bolsa hay que cambiarla inmediatamente, porque ocasiona fugas y deja de filtrar.

El filtro de bolsas puede usarse en una amplia gama de tamao de partculas, 0.05 a 100 micras, con eficiencia hasta del 99%, pero generalmente se le considera mejor como colector de partculas de los tamaos ms pequeos y para gases con carga de polvo ligera a mediana, de otra manera, la instalacin de este tipo

de colector para procesar grandes volmenes de gas con cargas de polvo grandes seria enormemente grande y poco prctico.

La tela de la bolsa y lo cerrado del tejido se hacen corresponder a las condiciones de trabajo, las cuales son (1) tamao de partcula, (2) temperatura del gas, (3) resistencia a la abrasin y (4) resistencia al ataque de cidos o lcalis.

A medida que aumenta el espesor de la torta de polvo que se acumula sobre la tela, aumenta tambin la presin necesaria para forzar el gas a travs de las bolsas. Esta cada de presin se expresa como la suma de dos resistenciasla resistencia debida a lo cerrado del tejido de la tela misma y la resistencia debida a la capa de polvo que se forma sobre la superficie de la tela. La cada de presin contina aumentando y vara segn 1) la velocidad del gas a su paso por la tela, 2) la carga de polvo, 3) el tamao del polvo y 4) la tela que se emplee, y se controla mediante la separacin peridica de la torta de polvo que se acumula en las bolsas.

El filtro de bolsas puede usarse solamente como una unidad para condiciones en las que las partculas sean pequeas y las cargas de polvo o los volmenes de gas no sean excesivos, o bien puede usarse como colector final de una serie para separar las ltimas partculas finas de polvo que queden. En este caso se colocar quiz despus de una cmara de asentamiento y un cicln.

5. LAS TORRES DE ROCO O TORRES DE ESPREAS

Recolectan partculas por medio de pequeas gotitas de agua, que al hacer contacto con las partculas slidas que van en el gas, las moja y las separa de ste. En su forma ms simple, la torre de

roco tiene una corriente descendente de finas gotas de agua que lanzan unas boquillas de atomizacin; el roco cubre completamente el interior de la torre. La corriente de gases sucios por depurar asciende a contracorriente con el roco. Los slidos son acarreados hasta el fondo de la torre de roco por las gotitas de agua, y de all se les extrae, decanta y recupera.

Existen boquillas atomizadoras para una variedad de formas, para llenar el in tenor de la torre y dar la finura requerida de las gotitas de agua, y aportar el volumen de agua requerido. Estas boquillas se hacen corresponder al tamao de partcula del polvo, al volumen de gas y a la velocidad de ste en su paso por la torre para lograr la mxima eficiencia de depuracin.

Pueden separarse en partculas de todos los tamaos, aunque las partculas menores del miera son ms difciles de separar, por lo que se considera a la torre de roco como una unidad primaria 0 secundaria, teniendo eficiencias del 88% en mate-rial de 10 micras y hasta del 98/o en partculas de 90 micras.

La torre de roco es un colector relativamente simple y de bajo costo con el que se pueden manejar grandes volmenes de gas con todos los grados de carga de polvo, pero se usa con mayor ventaja cuando las condiciones de depuracin de gases no son extremas. Por ser un colector de tipo hmedo, el gas se enfra a su paso por la torre, y se pierde su calor sensible.

6. EL LAVADOR DE VENTURI

Es un dispositivo depurador de gas de tipo hmedo en el que se atomizan el gas sucio y el agua para lavado en una corriente de gases en movimiento. La velocidad relativa entre el gas y las gotitas de agua es muy alta, y las velocidades del gas son del orden de 200 a 400 pies por segundo (3660 a 7320 m por minuto), y esta alta velocidad permite una gran capacidad de tratamiento. El lavador tiene una garganta de Venturi convergente divergente en su

diseo, y es en este lugar en donde se agregan las gotitas de agua para dar el mximo contacto de lquido-gas.

La eficiencia de recoleccin es proporcional a la cada de presin y aumenta con sta. Por ello, los lavadores de Venturi de alta cada de presin, mediante ajustes de la cada, el gasto del roco de agua y la velocidad de entrada del gas, son de eficiencia lo suficientemente alta para recolectar partculas hasta de tamao inferior a 1 micra.

Las gotitas de liquido que han hecho contacto con las partculas de polvo se acumulan sobre las paredes de la seccin divergente inferior del lavador, abajo de la estriccin de la garganta, y fluyen hacia abajo en flujo laminar hasta llegar al fondo del colector. De all se les extrae, y las partculas slidas se separan del lquido. El gas depurado sale por un conducto de descarga situado en la seccin inferior de la unidad.

El lavador de venturi es un colector barato, de tipo simple que es muy eficiente para separar partculas pequeas, + 99% para 5 micras, y que puede procesar grandes volmenes de gases en unidades bastante pequeas, debido a su rpido rgimen de tratamiento. Se utiliza como unidad primaria nica cuando todas las partculas por separar son pequeas, o como unidad para tratamiento final para las partculas ms pequeas si forma parte de una serie de colectores.

Como ste es tambin un colector hmedo, se enfra el gas caliente al hacer contacto con las gotitas de agua y se pierde su contenido de calor sensible.

7. LOS PRECIPITADOS ELECTROSTTICOS

Utilizan electricidad para separar las partculas mojadas o secas que lleva una corriente de gas. Si bien es un colector costoso, en general se le considera de lo mejor para la separacin de partculas muy pequeas, con una eficiencia de 82% para tamaos de 0.1 micra y de +99% para slidos de 2 micras.

Lavador de Venturi

El precipitador utiliza dos electrodos, uno de descarga de potencial negativo y un electrodo colector de potencial positivo. Un rectificador convierte la energa que se alimenta a estos electrodos a corriente directa y eleva la tensin a 80,000 volts. Existen precipitadores de varios diseos diferentes. Un tipo comn tiene los dos electrodos como placas situadas a cierta proximidad unas de otras (tipo de placas), mientras que en otro tipo el electrodo de descarga es un alambre suspendido dentro de un tubo que es el electrodo colector (tipo de tubo).

Debido al elevado potencial de operacin del precipitador, se forma una corona de molculas de gas ionizado en torno al electrodo de descarga negativo, y los iones de gas negativo y positivo son atrados hacia la superficie del electrodo de polaridad contraria. Los iones de gas cargados negativamente tienen que recorrer una distancia mayor hasta el electrodo colector, y en su camino hace contacto y pasan su carga negativa a la mayora de las partculas de polvo que lleva la corriente de gas que est

pasando por el precipitador. Esta; partculas cargadas negativamente son tambin atradas hacia el electrodo colector que tiene carga positiva, y forman sobre ste una capa de partculas de polvo descargadas.

Detalles de operacin del precipitador electrosttico, a) Tipo de alambres entre placas; b) tipo de alambres en interior de tubos. Secuencia de eventos en un precipitador electrosttico: 1) se genera un campo elctrico de gran intensidad entre los electrodos; 2) se hacen pasar los slidos en suspensin que han de recolectarse a travs del campo, dentro del cual se cargan elctricamente por ionizacin; 3) las partculas cargadas se transportan luego a una superficie recolectora por la fuerza que ejerce

sobre ellas el campo elctrico; 4) las partculas cargadas elctricamente se precipitan sobre la superficie recolectora, y al hacerlo se neutralizan y desprenden, por lo general por golpeteo o sacudimiento del electrodo recolector.

Precipitador electrosttico

De manera semejante, las partculas de polvo que adoptan una carga positiva, recorren la distancia corta que hay a! electrodo de descarga cargado negativamente y se juntan sobre l para formar una capa de partculas descargadas.

En un precipitador de tipo seco, los sacudidores o vibradores desprenden peridicamente las capas acumuladas de partculas de polvo para que caigan a una tolva para su extraccin. En un precipitador de tipo hmedo, los slidos hmedos pueden desprenderse por lavado y descender con una pelcula de agua por los electrodos.

Por su alta eficiencia de recoleccin de partculas pequeas y su capacidad para manejar grandes volmenes de gas, el precipitador electrosttico puede usarse como unidad nica cuando slo tienen que separarse partculas, o bien puede usarse en la etapa final de una serie de varios colectores instalados para separar una variedad de (amaos de partcula.

Componentes de operacin del precipilador electrosttico de alambres introducidos en tubos: a) electrodo colector; b) electrodo de descarga; e) entrada del gas; d) salida del gas; e) cabezal inferior; f) cabezal superior; h) transformador; i) lneas de baja tensin; m) contrapeso; n) tolva.

Lavador simple para gases, tipo Turbulaire.

Se pueden obtener eficiencias ms altas si se aumenta el rea de recoleccin, aunque para aumentar la eficiencia del 90 al 99% se requiere duplicar dicha rea, y del 90 al 99.9%, se necesita triplicar el rea.

Al aumentar el gasto de gases se reduce la eficiencia, y aun un pequeo incremento del gasto conduce a un gran incremento del nmero de partculas que escapan del colector. Un descenso del 99% de eficiencia al 97% triplica las emisiones, y son estas

emisiones las que constituyen la variable importante en todas las operaciones de purificacin de gases.

8. Lavadores hmedos.

Hay muchos tipos de lavadores hmedos que trabajan bajo el principio de sumergir el gas sucio directamente en un bao de agua, en el cual, por el contacto que tiene lugar entre el agua y las partculas en suspensin en el gas, se separan stas de la corriente de gas y sale de la unidad del gas depurado.

Las capacidades son algo limitadas por el tamao del bao de agua que se requerira para el tratamiento de cualquier volumen grande de gas. Este tipo de lavador es muy til como unidad nica para aplicaciones de lavado de gases en escala pequea a mediana. La eficiencia baja hasta 30% tratndose de tamaos inferiores a una micra (0.2 miera) pero aumenta hasta 99% con tamaos de partculas mayores de 9 micras.

Potencia requerida contra tamaos de partculas para los diversos colectores

El consumo de energa de los diferentes colectores de polvo vara considerablemente: Los ms sencillos, de diseo menos mecanizado, son con mucho los de menor Consumo de energa; no as los equipos de diseo ms elaborado y los que trabajan con alta velocidad de gases o que procesan grandes volmenes, los cuales necesitan ms ventiladores y de mayor capacidad

DEPURACIN DE GASES SEPARACIN DE COMPUESTOS CONTAMINANTES DE LOS GASES

1.-EL ANHDRIDO SULFUROSO

Es el compuesto que ms comnmente se encuentra en los gases producto de los tratamientos metalrgicos, debido al hecho de que muchos de los metales no ferrosos (cobre, plomo, zinc, nquel, cobalto) se presentan en forma de sulfuros, y su procesamiento consiste en tostarlos, fundirlos y convertirlos; todas estas operaciones son oxidantes y producen grandes cantidades de gas S02. Como consecuencia, el SO2 se ha considerado desde hace mucho tiempo como un contaminante indeseable en la atmsfera, por el dao que causa al aparato respiratorio humano y a la agricultura, y como se est legislando en muchos pases regla-mentos cada da ms estrictos para la limpieza del aire para

controlar las emisiones de las fundiciones, tiene gran importancia la eliminacin del SO2 de los gases de los procesos metalrgicos.

Por ejemplo, los controles legislativos sobre el S02, elevados recientemente al carcter de Actas por la Agencia de Proteccin del Ambiente de Estados Unidos (U.S. Environmental Protection Agency) han establecido los lmites siguientes:

1.-No ms del 10% del azufre que entra en una fundicin puede ser emitido a la atmsfera.

2.-Los trabajadores no se deben exponer a una atmsfera que contenga ms de 5.0 ppm de S02. . .

3.-El aire ambient al nivel de tierra no debe exceder de 0.03 ppm deS02 en promedio anual.

4.-El contenido medio de S02 para un da cualquiera no debe exceder de 0.14 ppm.

En Blgica, la legislacin establece que la descarga d S02 no debe exceder del 0.1% por volumen del gas descargado, mientras que en Suecia se han dispuesto lineamientos provisionales a los siguientes lmites de S02: promedio de 1 hora, 0.25 ppm; promedio de una semana, 0.10 ppm; promedio de un mes, 0.02 ppm.

Existen tres mtodos de tratamiento para los gases que contienen S02, que sirven para remover el azufre. El primero, y con ventaja el de mayor aplicacin, consiste en convertir el S02 en cido sulfrico por el proceso de contacto. En el segundo, puede extraerse el azufre en forma de azufre elemental, y en el tercero, se combina el SO2 con xido de calcio para formar sulfito de calcio y sulfato de calcio.

Proceso de contacto para la fabricacin de cido sulfrico

Este proceso trabaja mejor y ms econmicamente en gases que contienen por lo menos 3.5% de S02, y de preferencia de 10 a 14% de S02. Sin embargo, se ha hecho trabajar, con la inclusin de ciertos adicionales y a un costo considerablemente mayor, en gases

que contienen hasta 2.2% de S02. La concentracin del cido producido varia un poco de una planta a otra, y por lo general est en el intervalo de 98 a 99.6% de H2SO4, el cual se diluye luego al 93% de H2SO4, la concentracin usual del producto comercial.

El gas caliente de la fundicin tiene que enfriarse y purificarse para evitar la contaminacin durante el procesamiento, y es particularmente importante eliminar toda impureza, como el trixido de arsnico, el cual se forma durante la tostacin de los materiales arsenferos.

Los gases calientes del proceso metalrgico se hacen pasar primero por una caldera recuperadora de calor para recuperar su calor sensible, y luego a un precipitador electrosttico seco para separar la materia en suspensin; Si el contenido de polvo es muy alto, puede instalarse un colector ciclnico antes del precipitado;electrosttico para dividir la separacin de los slidos en dos etapas.

El gas depurado se hace pasar luego por una torre lavadora con agua para lavarlo, seguido por un enfriador de refrigeracin para bajar la temperatura abajo del punto de roci. En un precipitador electrosttico hmedo se separa la neblina formada en el ciclo de enfriamiento y el polvo que haya quedado despus del tratamiento inicial de separacin de polvo Al enfriar los gases de tostacin se forma una neblina de cido sulfrico que contiene al As203 que est presente, y la eliminacin de est neblina en el precipitador hmedo evita tambin cualquier problema de pudiera causar el As2O3en los pasos siguientes. En particular, elimina el problema de envenenamiento del catalizador de pentxido de vanadio durante la operacin de conversin cataltica.

El gas limpio y fro pasa en seguida a una torre en la que se seca rodndolo con cido sulfrico al 93% y luego entra al sistema del proceso de contacto. Este sistema est formado por un convertidor y un intercambiador de calor, seguidos por un enfriador de gas y una torre de absorcin.

El convertidor es un casco de acero cilndrico revestido de ladrillo, que por lo general contiene cuatro camas de catalizador de

pentxido de vanadio. El anhdrido sulfuroso se oxida catalticamente a trixido por oxgeno atmosfrico,

2S02 + 02 = 2S03

Planta de cido, proceso de contacto, El cido sulfrico se produce a partir del anhdrido sulfuroso que contiene los gases de tostacin.

y la oxidacin ocurre sobre la superficie del catalizadora la presin atmosfrica. La conversin se efecta al 95 a 98% y el tiempo de contacto es de 2 a 4 segundos. La reaccin es exotrmica y se controla a 790 a 1100F (420 a 600C) para obtener el mximo rgimen de conversin. El contenido de calor de los gases que

salen de la cmara de contacto puede aprovecharse por medio de un intercambiador para calentar el gas S02 fro a la temperatura inicial necesaria; o bien, si no se emplea un intercambiador de calor, dicho calentamiento inicial puede hacerse por medio de un precalentador con quemadores de combustible.

El gas S03, enfriado a casi 400F (200C), se enva a una torre de absorcin en la que el S03 es absorbido circulando H2S04 al 98.5%. El S03 se combina con el agua del cido para producir H2S04 del 99.6%:

S03+H20*H2S04

Esta concentracin del 98.5% del H2S04 da la ptima eficiencia de absorcin. El hierro fundido y los aceros aleados no son atacados por estas altas concentraciones de cido, y esto simplifica notablemente la eleccin de materiales para el equipo que se necesita para el bombeo y la recirculacin.

Una parte del cido circulante se remueve en forma continua del sistema de absorcin y diluida con agua al 93% de HzS04, que es la concentracin usual del mercado. Los gases de cola que salen de la torre de absorcin contienen neblinas de cido sulfrico e incluso pueden contener hasta 0.1 a 0.2% de S02. El lavado de estos gases con solucin de cal precipita el azufre como sulfito de calcio y sulfato de calcio, y en un precipitador electrosttico se remueven ambos productos y cualquier neblina de HzS04 antes de soltar finalmente el gas a la atmsfera por una chimenea. Este gas de liberacin final contiene menos de 0.01% de SO2, y se le ha removido ms del 99% del S02 que contenga el gas alimentado a la planta de cido.

La manufactura de azufre elemental es un segundo proceso que puede usarse para tratar gases de fundicin de alto contenido de S02, particularmente los que contienen ms del 10% de S02. El azufre elemental tiene buenas caractersticas para el almacenaje prolongado y es adaptable para otros usos diferentes que el cido sulfrico.

En este proceso se enfra primero el gas, se depura y se seca en forma similar a la que se aplica para el proceso de contacto del cido. Luego se le reduce con carbn (gas natural o carbn mineral) o con hidrgeno, temperaturas de 932 "F (500C):

S02 + C * C02 + S(g)

S02+2H2 > 2H2O + S(g)

Continuamente se hace pasar una mezcla de S02 y aire a travs de un horno, y los gases resultantes se condensan a 340F (170C) para dar azufre elemental lquido, el cual se saca mediante piquera del condensador y se vaca en bloques.

El gas que sale de este primer condensador contiene todava algo de S2, pollo que se recalienta a 465F (240C) y se le hace reaccionar con cido sulfhdrico en una reduccin de una o dos etapas para dar gas de azufre,

el cual se condensa de nuevo al estado liquido, se extrae y se moldea. El gas de cola contiene alrededor del 1 % de S02 y se libera entonces por una chimenea a la atmsfera.

2H2S + S02=2H20 + 3/2S2(g)

El lavado hmedo por medio de xido de calcio fino o caliza fina,de gases que contienen pequeas cantidades de S02, se ha llevado a cabo en donde la concentracin de S02 es demasiado baja para efectuar un tratamiento razonable ya sea para produccin de HzS04 o de azufre elementa!, y tambin para limpiar an ms el gas de cola limpio procedente de las plantas de contacto para cido antes de su descarga final a la atmsfera.

Se emplean torres de roco y lavadores de Venturi con pulpas de slidos y agua de CaO o de CaC03 finamente molidos (200 a 325 mallas). Las reacciones que ocurren con el S02 en el gas son

CaO + S02 - CaS03

y en cierto grado ocurre la oxidacin del sulfito:

CaS03 +1/202 = CaS04

Los slidos se remueven en tanques de sedimentacin, lavadores de Venturi y centrfugas, para ser descargados a un sitio de desechos, mientras que el gas se descarga por una chimenea.

El proceso es ms eficiente en las concentraciones ms bajas de S02 y disminuye al aumentar la cantidad de S02 que hay en el gas de alimentacin, como se indica a continuacin:

S02 de entrada % de concentracin % de SO2 removido

0.3 a 0.6 85

1.0 75

1.5 . 72

2.-LOS FLUORUROS

Tanto gaseosos como en forma de partculas, son los contaminantes ms graves en las plantas de reduccin electroltica del aluminio, y se mantienen bajo control por medio de sistemas primarios y secundarios de separacin de gas. El sistema primario consiste en la captacin por campanas instaladas en cada celda y conectadas a un duelo comn que descarga a una operacin de depuracin, y el sistema secundario se ubica en el techo para capturar cualquier cantidad de fluoruros que escape a las campanas de las celdas. Los gases se depuran primero en ciclones mltiples o bien en precipitadores electrostticos secos. Despus van seguidos stos por torres ciclnicas, torres de roco o lavadores de Venturi. En algunos casos se ha usado almina como recubrimiento de lecho fluido o de filtro de bolsas para absorber el fluoruro gaseoso; esto parece ser muy eficiente, aunque no es aplicable a celdas que producen emisiones que contengan materia orgnica condensable, ya que esto afecta a los sistemas.

3.-DE LAS CELDAS ELECTROLTICAS PARA MAGNESIO

Se desprenden cloruros y cido clorhdrico gaseoso que se deben captar y procesar. Se recolectan bajo una cubierta hermtica de refractario y se entuban a una planta para separar el cloro y el cido clorhdrico para reciclado.

DISIPACIN DE GASES EN CHIMENEAS ALTAS

Ni aun el ms eficiente procesamiento de recoleccin de polvo o tratamiento qumico remueve todos los contaminantes que lleva un gas. Queda siempre una pequea cantidad de contaminantes que se tiene que expulsar finalmente a la atmsfera. Adems, existen condiciones en las que las concentraciones de S02 son demasiado bajas para ser separadas en forma eficiente o econmica como H2S04 o azufre elemental. Existen tambin condiciones en las que, por la ubicacin de una fundicin remota de alguna rea de manufactura industrial, no hay mercado dentro de la distancia a la que pudiera embarcarse todo el H2SO qu puede producirse a partir del gas S02 disponible, y queda algo del S02 de la fundicin en exceso. Finalmente estn las fundiciones ubicadas en reas de baja densidad de poblacin y poca actividad agrcola que pudiera daarse por la descarga de S02.

En todos estos casos, la solucin ha sido dispersar los contaminantes lanzados por chimeneas altas, de manera que tanto la materia presente como partculas como el S02 se dispersen y diluyan extensamente antes de llegar a tierra y que no lleguen a estar ms al nivel de las concentraciones perjudiciales. Este ha sido el objetivo de la tendencia a construir chimeneas ms y ms altas para que sus contaminantes salgan a las corrientes de aire superiores, aumentando as la probabilidad de dispersin sobre un rea mayor para asegurar la mxima dilucin de los contaminantes. La chimenea ms alta en la actualidad es la de la International Nickel Compara que mide 1250 pes de altura (375 m); el dimetro en su base es de 110 pies (33 m), y tiene conicidad a un dimetro superior de 45 pies (13.5 m).

Chimenea de INCO, la ms alta del mundo, Sudbury, Ontario, Canad.

Si bien las chimeneas para dispersin de la contaminacin son un mtodo antiguo que contina en uso, no son un mtodo ideal en todas las situaciones. Algunas de sus desventajas son que (1) las inversiones de temperatura mantienen abajo el gas de la chimenea y limitan la dilucin y dispersin; (2) al bajar la velocidad del viento disminuye la dispersin; (3) no hay efecto alguno en las normas de emisin que limite el porcentaje de azufre total que entra a una fundicin que pueda emitirse a la atmsfera (EPA, E.U.A., 10% del azufre total); (4) existe una fuerte posibilidad de que los vientos que prevalezcan arrastren a los gases grandes distancias, regresando a el S02 a centenares de kilmetros en forma de lluvia de cido, la cual hace bajar el pH de los lagos y detiene el crecimiento de los bosques hasta en un 60%. Esta lluvia acida parece ser ms perjudicial en primavera, durante la primera estacin de crecimiento.

La concentracin mxima de contaminacin que puede manejar una chimenea en particular en condiciones especficas de rgimen de emisin y velocidad del viento est dada por la expresin

o bien,

estando expresadas Cmx. en PPm, Q en pies3/s, vw en pies/sy//en pies; Ks y Kp son 0.08 y 0.05, respectivamente, para condiciones atmosfricas normales.

La distancia mxima medida desde la chimenea a la que ocurre Cmax est dada por la expresin

o sea,

RECUPERACIN DEL CALOR

Intercambadores de calor. Los gases procedentes de los procesos pirometalrgicos estn a temperaturas elevadas, algunas veces bastante altas, y contienen una cantidad apreciable de calor sensible que, por lo general, se recupera y utiliza, antes de permitir el paso del gas al tratamiento de control de la contaminacin. En algunas operaciones de depuracin de gases en las que la temperatura es importante y limitada, como en los filtros de bolsas, en los que las bolsas de tela tienen un lmite definido de resistencia a la temperatura y en los precipitadores electrostticos, en los que

las placas electrodo pueden alabearse y hacer corto circuito, el enfriamiento del gas forma parte integral del procesamiento total, y constituye una razn adicional para la separacin del calor latente.

Por lo general, esto se hace en intercambiadores de calor o calderas de recuperacin de calor, los cuales son semejantes en cuanto a diseo en general. En el intercambiador de calor, el aire fro de entrada o el gas pasa alrededor de los ductos por los que circulan los gases calientes del horno, y el calor se transmite por conveccin a travs de las paredes del ducto y calienta el aire fro. El mismo principio funciona en las calderas de recuperacin, en las cuales se hace pasar agua fra por tubos, y alrededor de stos se hacen pasar los gases calientes del horno, y el calor se transmite al agua para calentarla, o si est suficientemente caliente, para convertirla en vapor. Tambin pueden usarse los gases calientes para secado y eliminacin de humedad de materiales hmedos, hacindolos pasar sobre stos o a travs de ellos.

Gases con alto poder calorfico. Algunos procesos metalrgicos, como el de reduccin del xido de zinc por carbn en un horno de retorta o de cuba, producen monxido de carbono como producto gaseoso de la reaccin:

ZnO + C = Zn + CO

Sistema de recuperacin de calor de los gases calientes.

Este CO tiene alto valor calorfico, y puede recuperarse y utilizarse como gas combustible en vez de desperdiciarlo dejndolo escapar a la atmsfera. En la retorta vertical de la New Jersey Zinc Company, este gas CO se recupera y se usa como combustible para calentar la carga de la retorta a su temperatura de reaccin, y representa 30% del combustible total usado. Se agrega gas natural al CO para suministrar el otro 70% de los requerimientos totales de combustible.

Si hay slidos suspendidos arrastrados en el gas de alto poder calorfico que sale de un proceso, puede tener que limpiarse en un sistema de coleccin de polvo antes de usarlo como combustible, tanto para recuperar la materia presente en las partculas como para asegurarse de que las partculas slidas que lleva el gas no tape el quemador del combustible.

Teniendo en consideracin lo desarrollado hasta el momento, citamos algunos de los procesos especficos de las plantas metalrgicas, donde se emplean estos procedimientos. As tenemos

Produccin de cido Sulfrico por Medio del Tratamiento de Gases Residuales Generados en la Tostacin de Piritas

Planta industrial de tostacin de piritas del Complejo Metalrgico del Parque Industrial de la Ciudad de Coahuila, Mxico.

Se presenta el estudio tcnico para la obtencin de cido sulfrico por medio del proceso de contacto doble. Con base en las caractersticas de los gases residuales generados por la tostacin de piritas se selecciona la tecnologa de limpieza del efluente y el proceso de produccin de cido sulfrico. Para la limpieza de los gases se establece utilizar un tren de separacin conformado por un separador ciclnico, un lavador Venturi, un eliminador de neblina y dos precipitadores electrostticos de neblina cida. Adems, para la sntesis de trixido de azufre se disea un convertidor cataltico de cuatro camas.

SELECCIN DE TECNOLOGA

Uno de los frutos del desarrollo tecnolgico es el diseo de procesos productivos. Sin embargo el diseo de un proceso qumico adecuado al entorno socio-econmico de un pas en desarrollo requiere de consideraciones que normalmente no se toman en cuenta en los pases industrializados. Identificar claramente las necesidades de un pas en desarrollo es el primer paso para que stas se puedan satisfacer aprovechando al mximo lo hecho en otros pases. As entonces, la seleccin del equipo de limpieza de los gases generados en la tostacin se hizo considerando las composiciones de las piritas nacionales y el flujo de gases de desecho generados por la industria metalrgica mexicana. La composicin del mineral se estima en 46.6 % de fierro y 53.4 % de

azufre aunque las piritas se extraen junto con diversos minerales de nquel, cobalto, cobre, zinc, plomo, plata, oro y arsnico. Como paso previo a la sntesis de cido sulfrico los gases del proceso metalrgico se limpian para eliminar aerosoles formados por la condensacin de componentes metlicos (zinc o plomo), metales en fase gas (mercurio o arsnico) y compuestos gaseosos no metlicos (como cido clorhdrico o monxido de carbono). En la figura se muestra la distribucin del proceso de doble absorcin para producir cido sulfrico a partir de gases metalrgicos.

Distribucin de una planta productora de cido sulfrico por el proceso de doble absorcin

CARACTERSTICAS DEL GAS RESIDUAL

El gas residual proveniente del proceso de tostacin de piritas esta disponible con un flujo de 24,000 m3/h a 340 C y contiene, en promedio, 10% en volumen de SO2. Con una carga de partculas de 5.5 g/m3, contiene adems nitrgeno, humo metlico e impurezas minerales. La carga de polvos y aerosoles por m3, a condiciones

normales de temperatura y presin, se estima en 58.2 g de fierro, 18.72 g de nquel, 16.56 g de cobalto, 4.6 g de cobre, 5.8 g de zinc, 15.4 g de arsnico, 0.36 g de mercurio, 0.14 g de cido fluorhdrico y 0.22 g de cido clorhdrico.

DISEO Y SELECCIN DE EQUIPO

La corriente de gas residual de la planta de tostacin de piritas se hace pasar por un separador ciclnico para remover partculas gruesas con una eficiencia de coleccin del 90%. La descarga inferior del cicln se recircula a la planta de tostacin de piritas, mientras que los gases se dirigen al lavador Venturi para retirar las impurezas de nquel, cobalto, cobre, zinc, arsnico y mercurio por medio de la adicin de cido sulfrico en solucin acuosa en concentraciones cercanas al 30% en masa. El lquido de lavado se recircula para acumular las impurezas slidas en un tanque decantador. Como paso previo al precipitador electrosttico el gas se enfra en un eliminador de gotas operando con recirculacin de condensados para balancear las perdidas por vaporizacin. El gas fro parcialmente purificado pasa a dos precipitadores electrostticos hmedos para asegurar que los cidos fluorhdrico y clorhdrico no lleguen a la planta de produccin de cido sulfrico. Las fuentes documentales consultadas para establecer los procedimientos de seleccin y diseo del equipo principal que conforma el tren de separacin son las siguientes:

1. Separador tipo cicln. 2. Lavador tipo Venturi. 3. Eliminador de gotas. 4. Precipitador electrosttico.

Despus de aplicar el procedimiento de diseo, se determina que para lograr una eficiencia total de coleccin de partculas del 99.19% cada precipitador electrosttico debe brindar un rea total de 319 m2. Con base en estos resultados se dimensiona cada precipitador electrosttico con la capacidad de alojar 50 tubos de 0.2032 m (8 pulgadas) de dimetro y 5 metros de longitud, en el centro de cada tubo se localizar un electrodo.

En el diseo del equipo principal del proceso de produccin de cido sulfrico se utilizaron las siguientes fuentes de informacin:

1. Convertidor cataltico. 2. Columnas de absorcin. 3. Intercambiadores de calor. 4. Chimenea de descarga.

El gas limpio se alimenta a un convertidor cataltico de cuatro lechos, con catalizador de pentxido de vanadio, en el cual se logra una conversin de 99.5% mol de dixido de azufre.El remanente que no reacciona se descarga a la atmsfera. Las partculas de catalizador que conforman los lechos empacados del convertidor son anillos cilndricos de 4 mm de dimetro interno, 10 mm de dimetro externo y una longitud de 13 mm. El gas de salida del segundo lecho del convertidor cataltico se enva a un sistema de enfriadores para posteriormente dirigirse a la primera columna de absorcin. Para evitar la contaminacin del producto y taponamientos en la columna de absorcin se hace pasar el gas por un lavador Venturi para precipitar los finos de pentxido de vanadio generados en el convertidor cataltico. En la figura se presentan las temperaturas a la entrada y salida de los lechos empacados as como la conversin que se logra en cada uno de ellos. Cabe mencionar que el gas que se descarga a la atmsfera ya cumple la normatividad mexicana aplicable a plantas productoras de cido sulfrico, ya que por cada tonelada de H2SO4 producido se arrojan 2.9 Kg de SO2 por la chimenea de descarga. La norma aplicable especifica que para plantas nuevas se permite la descarga de 13 Kg de SO2 por tonelada de H2SO4 producido.

Convertidor cataltico de cuatro lechos empacados

Plantas de sinterizacin y pelletizacin

En las instalaciones de sinterizacin se aglomera el mineral fino antes de su introduccin en el alto horno y se reciclan los residuos ricos en hierro (materiales de desecho). El proceso de sinterizacin es el procedimiento clsico para el tratamiento de los residuos de las plantas metalrgicas. Las posibilidades de reciclaje vienen limitadas, entre otros factores, por el contenido en cinc, pues ste contribuye al depsito de incrustaciones en el alto horno con interferencias en la circulacin de los gases.

Emisiones gaseosas y tratamiento

Las plantas de sinterizacin producen las siguientes emisiones: Gases residuales y polvo con los componentes potencialmente relevantes para el medio ambiente:

SO2, NOx, CO2, HF, HCl, As, Pb, Cd, Cu, Hg, Tl, Zn

Entre los componentes del polvo, los metales pesados plomo, cadmio, mercurio, arsenio y talio, en la medida en que estn presentes en los materiales iniciales, tienen importantes efectos negativos sobre el medio ambiente.

La importancia de las emisiones antropgenas de metales pesados no se debe tanto a su tasa global de emisin como a la elevadas densidad sobre una superficie o a su concentracin a nivel local. Las fbricas de la industria del hierro y el acero se encuentran entre las industrias en cuyos alrededores se dan las mayores tasas de inmisin de metales pesados en el aire y en el suelo.

El polvo es interceptado por las instalaciones de depuracin de gases - normalmente filtros elctricos - y devuelto al proceso de sinterizacin. En condiciones normales de funcionamiento las cargas de polvo en el gas depurado oscilan entre 75 y 100 mg/m. Como consecuencia de la devolucin continua al proceso, se puede producir una concentracin de metales pesados como p. ej. de plomo en el polvo de las plantas sinterizadoras. Los polvos con fracciones muy elevadas de cinc y plomo deberan conducirse a los

procesos de reciclaje de estos metales. Durante las detenciones por avera de la cinta de sinterizacin se debe procurar que la depuradora de gases siga funcionando al mximo rendimiento posible. Adems del despolvoramiento de la cinta, las instalaciones de sinterizacin modernas tienen tambin sistemas de despolvoramiento de los compartimentos, en los cuales se depura el aire con polvo de las zonas de descarga, de descenso de la carga, de la machacadora, etc. por filtracin en caliente.

En razn de la composicin de los materiales iniciales se emiten compuestos inorgnicos de flor y cloro, as como dixido de azufre y xidos de nitrgeno. Hay que reducir drsticamente la emisin de dixido de azufre utilizando coque con menor contenido de azufre. La emisin de sustancias txicas gaseosas se puede reducir tambin aumentando la dosificacin de cal. De esta forma se trasladan las sustancias problemticas al polvo filtrado. En el caso de que las condiciones locales y la tcnica de proceso no permitan adoptar estas medidas primarias, se puede recurrir a instalaciones de desulfuracin en hmedo como medidas paliativas; en este caso se trasladan algunas sustancias problemticas al agua residual. Debido a los grandes volmenes de gases residuales - hasta 106 m/h - slo se puede realizar una desulfuracin parcial. Por esta razn deberan aplicarse preferiblemente medidas primarias. Las concentraciones de dixido de azufre en los gases depurados rondan los 500 mg/m

Altos Hornos

Los altos hornos son reactores de flujo invertido, que se llenan por arriba en capas, con carga y coque, retirndose por abajo el hierro bruto fundido y la escoria. En la parte inferior del horno se inyecta aire caliente en flujo invertido. Como sustancias de desecho, se aplican, despus de su sinterizacin, virutas metlicas y cascarilla de laminacin manchadas con aceites.

Emisiones gaseosas y tratamiento

Importantes emisiones, sustancias sobrantes y residuos son:

gas de alto horno con los siguientes componentes potencialmente de relevancia ambiental:

CO, CO2, SO2, NOx, H2S, HCN, CH4, As, Cd, Hg, Pb, Tl, Zn

polvo del gas (seco), rico en hierro (35 - 50 %), procedente de las instalaciones depuradoras de gas

escoria con los componentes principales

SiO2, Al2O3, CaO, MgO

lodo de la depuracin de gas

agua residual procedente de la depuracin de gas, con las sustancias txicas: cianuros, fenoles, amonaco

polvo de los colectores de las naves de fundicin.

Los gases residuales del alto horno son tratados en una etapa previa con colectores de gravitacin (botelln o cicln clasificador de aire seco) y en una segunda etapa sometidos a un tratamiento final con lavadores a alta presin o con filtros elctricos hmedos. De esta forma se consiguen concentraciones en el gas depurado de 1 a 10 mg/m.

Pero tambin otras emisiones de polvo en la zona del alto horno, principalmente las procedentes de la homogeneizacin de la carga, de la desulfuracin del hierro bruto y de la nave de fundicin deben absorberse para su tratamiento.

La formacin de polvo ("humo marrn") en la nave de fundicin contamina no solamente las inmediaciones, sino tambin los lugares de trabajo. Potentes recolectores de aire en las naves de fundicin alcanzan, mediante la absorcin de los gases residuales de proceso y de las emisiones perifricas en la piquera, en el canal de colada y en los puestos de seccionamiento, y su depuracin con filtros elctricos horizontales, concentraciones claramente inferiores a 50 mg/m en el gas depurado (los valores ptimos obtenidos con

7 y 12 mg/m y factores de emisin de polvo entre 0,020 y 0,028 kg/t de hierro bruto en altos hornos con un rendimiento de 4000 a 6000 t/da).

Actualmente se ensaya la supresin de la formacin del "humo marrn" mediante inerciacin con nitrgeno como alternativa a la absorcin y la depuracin convencionales.

Respecto a la depuracin de los gases resultantes de la desulfuracin del hierro bruto, se pueden obtener valores de concentracin de polvo en los gases depurados de 50 mg/m, tanto aplicando la desulfuracin con carburo clcico, como con soda, con depuradores de corriente radial o con filtros elctricos.

El gas de alto horno contiene de 10 a 30, como mximo 60 mg/m de polvo con un 35 hasta un 50 % de fraccin fina, es decir, aproximadamente 30 hasta 80 kg/t de hierro bruto; en instalaciones ms antiguas 50 hasta 130 kg/t. El polvo seco interceptado en los colectores, generalmente de varias etapas, es devuelto a la instalacin de sinterizacin y de all al alto horno.

Los lodos de las aguas de lavado del gas de alto horno deben depositarse en vertederos debido a su contenido en cinc y plomo, a menos que se prevea una separacin especial mediante hidrociclones. Si los contenidos de los metales citados son elevados, los lodos deberan entregarse a factoras de metales no ferrosos. Si se puede aprovechar esta posibilidad de reutilizacin, el proceso del alto horno transcurrira prcticamente libre de desechos. En el caso de que se depositen, existe el peligro de lixiviacin y con ello, de infiltracin en el suelo y en las aguas subterrneas de combinaciones de Zn, Pb y otros metales pesados. El vertedero tiene que estar impermeabilizado de forma duradera y controlable y el agua de filtracin debe recogerse para su tratamiento qumico. Los requerimientos especiales para un vertedero de este tipo deben exponerse en la planificacin del proyecto.

Cerca del 50 % de los desechos de la produccin de hierro y acero es escoria procedente del proceso en el alto horno. Esta se destina casi siempre a la construccin de redes viales y de caminos.

Una parte de la escoria lquida a altas temperaturas es enfriada bruscamente en agua y de esta forma granulada. Esta denominada arena de escoria se utiliza tambin en la construccin de caminos. Una parte es transformada en cemento Portland y de alto horno. Durante el enfriamiento brusco y la granulacin se liberan monxido de carbono y cido sulfhdrico. El agua residual presenta reaccin alcalina y contiene pequeas cantidades de sulfuros.

Los depsitos de escoria originan aguas de infiltracin con elevadas concentraciones de sulfuros disueltos y fuerte reaccin alcalina, lo que supone un peligro para las aguas subterrneas. Se debe planificar la impermeabilizacin de los montones de escoria y el tratamiento de las aguas de infiltracin recogidas.

Durante el lavado del gas de alto horno y el despolvoramiento hmedo que se realiza al mismo tiempo, se produce agua residual. sta es aclarada normalmente en tanques de decantacin y eventualmente mediante circulacin a travs de un lecho de grava y circula en circuito. El agua residual contiene sustancias en suspensin (polvo) y entre otros compuestos, sulfuros, cianuros, fenoles y amonaco disueltos. A fin de eliminar las tres ltimas sustancias del agua residual deben proyectarse los correspondientes procesos de tratamiento fsico-qumicos de la tecnologa de depuracin.

La elevada proporcin de monxido de carbono que se da en el gas de alto horno, consecuencia de la atmsfera reductora existente en ste, es la razn de su aprovechamiento trmico interno en la factora como gas de combustin. Durante este proceso es inevitable la generacin de dixido de carbono, con los conocidos efectos negativos para el clima.

Si el contenido en dixido de azufre y dixido de nitrgeno es demasiado alto, se puede contribuir a reducir la proporcin de estos compuestos gaseosos txicos mediante la desulfuracin y la eliminacin del nitrgeno del gas de humo.

Las concentraciones de monxido de carbono suponen un problema especial en los lugares de trabajo. Si las tuberas de gas no estn completamente impermeabilizadas, existe el peligro de

que al permanecer en la zona de la boca del horno se produzcan intoxicaciones que pudieren provocar la muerte. Al realizar trabajos de reparacin y mantenimiento en hornos parados o en instalaciones depuradoras de gases, debe prestarse especial atencin a la concentracin de CO realizando mediciones y llevando proteccin respiratoria.

Plantas de reduccin directa

Las instalaciones de reduccin directa trabajan con tcnicas de procedimiento muy diversas como, p. ej., con hornos de cuba, similares al alto horno, o con hornos tubulares giratorios. En el primer caso el gas de horno se enriquece con gas natural despus de ser depurado por lavado y se utiliza para calefaccin. En el segundo caso el gas de horno no se aprovecha, a no ser que se disponga para este fin de aceras y de factoras de laminacin. En este ltimo caso, si el contenido de CO es suficientemente elevado, debera exigirse su combustin. La corriente de gas residual es depurada mediante un separador por gravitacin (cmara colectora de polvo) como separador preliminar y luego a travs de un filtro textil. En los procesos de reduccin de materiales slidos pueden producirse emisiones de dixido de azufre, dependiendo del contenido de azufre del carbn utilizado.

Emisiones gaseosas y tratamiento

En una acera se producen las emisiones siguiente:

gases residuales con los componentes potencialmente relevantes para el medio ambiente:

CO, NOx, SO2, F, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Si, Tl, V, Zn

Dependiendo del procedimiento se presentan amonaco, fenol, hidrxido de azufre, y compuestos ciangenos.

Polvo procedente de la depuracin de los gases residuales,

Escoria

El mayor desprendimiento de polvo en las aceras se produce a consecuencia de la insuflacin de oxgeno necesaria para la oxidacin. El contenido de partculas slidas en los gases residuales de los convertidores de oxgeno oscila entre 5 y 50 g/m. Estos contienen productos de evaporacin, finamente dispersos, de xidos de hierro y del xido inicial ("humo marrn"). Cuando se trabaja con fundentes presenta, adems, compuestos de azufre y de fsforo, as como de flor y tetrafluoruro de silicio.

Las masas de polvo especficas ascienden a aproximadamente:

Hornos elctricos 2 - 5 kg de polvo por tonelada de acero bruto

Convertidor de soplado

Desde el fondo: (proceso BOP = basic oxygen process)

5 - 10 kg de polvo por tonelada de acero bruto

Desde arriba: (procesamiento LD o LDAC)

15 - 20 kg de polvo por tonelada de acero bruto

Entre las sustancias gaseosas se forman adems de monxido de carbono, compuestos inorgnicos del flor cuando se aade fluorita, as como pequeas cantidades de dixido de azufre y de xidos de nitrgeno. La produccin de xidos de nitrgeno es considerablemente mayor en los hornos elctricos que en aquellos con convertidor de soplado.

La absorcin y la depuracin de los gases de proceso procedentes del convertidor son tcnicamente posibles. Una cpula rebajable o montada fija impide que penetren importantes cantidades de aire infiltrado o que salgan gases del convertidor. Despus el gas es depurado del polvo en seco o por lavado. El despolvoramiento hmedo se realiza en dos etapas mediante la

combinacin de lavadores y filtros elctricos hmedos. Para el despolvoramiento en seco se aplican filtros secos diseados para resistir presiones internas de hasta 2 bares (peligro de explosin). Las concentraciones del gas de depuracin son inferiores a 50 mg de polvo/m y 500 mg de dixido de carbono/m. Un valor inferior a 400 mg de xidos de nitrgeno/m no puede mantenerse constantemente. El mantenimiento de las instalaciones colectoras es importante, a fin de conseguir de forma constante un grado de depuracin suficiente. El despolvoramiento en seco ofrece la ventaja de que el polvo interceptado puede devolverse al convertidor despus de su briqueteado en caliente.

Las actividades de trasvase, carga y mezcla generan emisiones difusas de polvo que pueden originar importantes molestias en los alrededores. Mediante una instalacin recolectora de gases residuales con un grado de absorcin de aproximadamente el 90 % y un mecanismo separador basado en filtros textiles o en filtros elctricos acoplado, pueden conseguirse contenidos de polvo en el gas depurado de 10 mg/m.

Las propuestas de aplicacin de un sistema de mando y control en dependencia del proceso con objeto de reducir la cantidad especfica de gases residuales deben examinarse eventualmente en relacin a posibles requerimientos como robustez, deteccin de errores y fcil mantenimiento del sistema.

Debido a que la captacin de los gases residuales en los hornos Siemens-Martin que se encuentran en funcionamiento es problemtica, la solucin al problema est en la reconversin en hornos elctricos. Cuando se aplican hornos elctricos para la produccin de aceros finos, aparecen, adems de plomo y cinc, entre otras sustancias, tambin cromo, nquel y vanadio en el polvo. Determinados compuestos de cromo en forma de polvo respirable han resultado ser cancergenos.

A fin de alcanzar un porcentaje de captacin de los gases residuales producidos durante la carga, fundicin y colada del 95 % en el horno elctrico es necesaria una proteccin de obra completa. Para la separacin del polvo se aplican filtros textiles, con los cuales

se pueden alcanzar concentraciones de polvo inferiores a 20 mg/m en el gas depurado.

Durante el funcionamiento del convertidor se produce monxido de carbono en grandes cantidades, el cual debera ser dirigido a la combustin controlada en un quemador de gas sobrante o en una caldera con transformacin de energa, con el fin de evitar contaminaciones demasiado altas de la atmsfera (inmisiones). Entre las fuentes potenciales, aunque segn los conocimientos actuales menos importantes, de emisin de dibenzodioxinas y dibenzofuranos polihalogenados, se cuenta tambin la utilizacin de chatarra de hierro en las aceras elctricas. La causa de la formacin de estas sustancias reside en la contaminacin de la chatarra con compuestos halgenos y las condiciones de funcionamiento del proceso. En primeros estudios, basados en pruebas puntuales se encontraron concentraciones de emisin en nanogramos. En la actualidad se est preparando un amplio programa de mediciones. Una cuidadosa seleccin y clasificacin previas de la chatarra es una posibilidad practicable hoy en da a fin de emitir tan pocas sustancias cancergenas como sea posible. Actualmente se encuentran en fase de desarrollo procedimientos de filtracin de dioxinas y furanos. Los filtros de adsorcin basados en carbn activo, que en estos momentos se encuentran en la fase de experimentacin tcnica, y las posibilidades de su disposicin deberan seguirse con atencin.

Las aguas residuales de la despolvoracin hmeda son aclaradas en hidrocicln o en tanques de decantacin y dirigidas en circuito. El lodo separado es deshidratado en filtro de tambor al vaco y, despus de pasar por la instalacin de sinterizacin, devuelto al alto horno. Al devolver el lodo hay que tener en cuenta el contenido de cinc. La escoria producida en la acera es acondicionada para la construccin de caminos o transformada en fertilizantes.

Planta de obtencin de zinc

En la fase de tostacin se somete el mineral a una tostacin oxidante de modo que el contenido metlico de la mena pueda ser recuperado fcilmente. Esta conversin de la blenda en xido se exige tanto para la va pirometalrgica como para la hidrometalrgica, puesto que el sulfuro no se ataca con facilidad por cidos o bases y, adems, es inerte a la reduccin con carbn.

La reaccin bsica es la siguiente:

ZnS (s) + 3/2 O2 (g) ZnO (s) + SO2 (g)

La tostacin debe efectuarse por encima de los 700C, en aire y con continua agitacin. El SO2 producido es tratado en la planta de cido sulfrico, como se muestra en el siguiente flow sheet.