HORNO DE INDUCCION MODIFICADO PARA LA ELIMINACION DE RESIDUOS SIDERURGICOS CON CINC CON RECUPERACION DE SUS METALES.

Horno de inducción modificado para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales.

La presente invención se refiere a un horno de inducción modificado que dispone de: a) Una segunda tapa desplazable vertical y horizontalmente con electrodo de grafito desplazable verticalmente, y conductos para salida de gases y la alimentación de los aglomerados, b) Un generador de arco eléctrico, (o de plasma), de CC con cátodo de grafito desplazable en la bóveda, y ánodo fijo de metal refrigerado en contacto con el metal fundido a través del fondo del crisol del horno, y, c) Crisol de mayor capacidad para trabajar con más escoria, dotado de una segunda piquera para vaciar la escoria por gravedad, sin vuelco del horno

Horno de inducción modificado para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales.

Sector de la técnica

Residuos de polvo de filtro de industrias metalúrgicas. Horno de fusión de residuos. Eliminación de polvos de filtro. Recuperación de metales. Producción piezas fundición. Reciclado.

Estado de la técnica

Esta Patente se va a referir a equipo y procedimiento para la eliminación de los polvos de filtro, (PF en lo sucesivo), generados en la fabricación de acero en hornos eléctricos de arco, (HEA), y en hornos de inducción, (HI en lo sucesivo) de crisol de fabricación de fundiciones con chatarras galvanizadas.

Los PF, son residuos siderúrgicos de gran volumen de generación a nivel mundial, están siendo tratados con tecnologías diversas, (desde depósito en vertedero de seguridad, hasta las que pretenden recuperar todos los metales que contienen), y a diferente escala de desarrollo.

Existe un importante número de procedimientos de eliminación de los PF, en diversos grados de implantación y de desarrollo, basados en tecnologías muy diversas, p.e.

- Hidrometalúrgicas para la recuperación selectiva del cinc,

- Reciclado a través del horno que los genera,

- Inertización de los compuestos de metales pesados que contienen, y,

- Procesos de reducción carbotérmica de la mezcla residuo-carbón en diferentes estados, (sólido, fundido, y pastoso).

Los aspectos fundamentales de los procedimientos de mayor aceptación, descritos individualmente, son los siguientes:

Reciclado del PF a través del HEA

Se pretende reducir la cantidad de PF generada por unidad de acero producida, para lo que el PF se introduce de nuevo en el HEA, mediante lo cual, el nuevo PF se enriquece en ZnO, y disminuye la cantidad a eliminar del nuevo PF, ya que sus metales pasan al acero, el cinc pasa a los gases, y los óxidos no reducibles a la escoria, de ese modo se reduce el costes de eliminación.

Este procedimiento no se ha implantado ya que produce mayor coste que ahorro, puesto que:

- Aumentan los consumos de carbón y de energía eléctrica,

- Introduce un nuevo coste, la aglomeración del polvo,

- El coste de la eliminación del nuevo PF, seguirá dependiendo del mismo Gestor.

Procedimiento Waelz

El más utilizado actualmente a nivel mundial, basado en la reducción carbotérmica del ZnO en un horno rotatorio a temperaturas comprendidas entre 1.200 a 1.350ºC. Requiere de elevadas capacidades de tratamiento para su viabilidad económica, la manipulación de grandes cantidades de escoria, la incorporación de operaciones adicionales para la obtención de un óxido Waelz de más calidad y cotización por la industria extractiva del cinc. Sus limitaciones, son:

- El umbral de rentabilidad, requiere de elevada capacidad de tratamiento, (> 100.000 t/a).

- No es aplicable a los PF con níquel y cromo.

- Elevado coste de inversión en medios de control de vertido de gases del horno a la atmósfera.

- Necesidad de mejorar la calidad del polvo de Oxido Waeltz.

Procedimiento de reducción carbotérmica en estado fundido

Constituye el más semejante al que se describirá, por llevar a cabo la recuperación de los metales y la separación del cinc por reducción carbotérmica en estado fundido, utilizando un horno de cuba calentado con varios generadores de plasma, (Plasmadust, Suecia), y con hornos de crisol calentados por plasma, (Avesta Plant, U.K., y ILSERV, en Terni, Italia), a través de un electrodo de grafito, y con horno de arco de CC, (Fregenal de la Sierra, Badajoz). La aplicación industrial de estas plantas se limita hoy día, exclusivamente a los PF con níquel y cromo de la fabricación de acero inoxidable. Las limitaciones del procedimiento, son:

- Elevado consumo de la energía eléctrica, (fundir los PF entre 1550 a 1.650ºC, reducir sus óxidos metálicos con carbono, y mantener a las temperaturas citadas metal y escoria), a aportar con la radiación de un arco eléctrico, (o plasma), directo, que es de baja eficiencia térmica, (aproximadamente del 60%).

- Produce un nuevo concentrado de OZn necesitado de afino para su comercialización por un solo cliente, (la industria extractiva del cinc).

El nuevo ZnO recogido en los filtros se impurifica, bien con metales que se volatilizan por la acción directa del arco, (Tª > 2500ºC); con polvo arrastrado por los gases, y por volatilización de compuestos volátiles, (álcalis, halogenuros, compuesto de plomo y cadmio).

Procedimientos de reducción carbotérmica en estado sólido

Existen procedimientos a nivel de planta de demostración, (y piloto), para la eliminación de los PF, por reducción carbotérmica en estado sólido, (1150-1350ºC), tras aglomerar la mezcla, y depositar los aglomerados sobre la solera rotatoria del horno, llevándolos a la temperatura citada, con gases de la combustión de combustibles fósiles, (procesos: Inmetco, Allmet, Fasmet, y Comet). Producen un prerreducido de alto contenido de hierro, y un concentrado de ZnO impurificado con materias destiladas como PF.

Dentro de este grupo cabe incluir el procedimiento Primus, que no aglomera los PF, que utiliza un horno de soleras múltiples, y utiliza como medio de calentamiento, gases calientes productos de la combustión de combustibles fósiles.

Estos procedimientos requieren de instalaciones de elevada componente tecnológica y de alta capacidad, no siendo aptos para la reducción de los óxidos de cromo, y precisan de equipo de fusión con energía eléctrica para producir metal a partir con los aglomerados reducidos. El procedimiento Primus se ha dirigido a la producción de acero, como alternativa a la vía del horno alto, siendo también técnicamente viable para la eliminación de los PF.

A modo de resumen de este Apartado, se puede decir que la actividad industrial de eliminación del PF, se lleva a cabo mayoritariamente a nivel mundial por el procedimiento Waeltz, no teniendo competidores significativos, (salvo el de inertización y de vertedero de seguridad, procedimientos que en el corto medio plazo, serán prohibitivos de uso). Presenta costes elevados, (Tasa de Eliminación), y por otra parte, actualmente es difícil de encontrarle alternativas tecnológicas, por lo que la eliminación de los PF, aún no está satisfactoriamente resuelta.

Con respecto a la patente en España nº 200100760, la presente se diferencia en los siguientes aspectos:

a) Los aglomerados con los PF, reciben una calcinación en el entorno de los 900ºC, (la mencionada lo hace a la temperatura de reducción del óxido de cinc > 1100ºC).

b) Utiliza combustibles fósiles para realizar la calcinación en horno túnel de solera móvil, independiente del horno de fusión. (La patente mencionada lo hace con los humos calientes del horno de fusión, ayudados con gases de combustión de combustibles fósiles, y el horno de destilación-reducción, es parte de la instalación de depuración de humos del horno fusión).

c) La mayoría de los compuestos volátiles, se recogen en la instalación de filtros de humos del horno de calcinación, y el concentrado de ZnO, en la correspondiente del HI. (En la patente mencionada, se utiliza una sola instalación de depuración de humos para todos los gases que se generan en los tratamientos térmicos).

d) La fusión-reducción de los calcinados, se realiza en un HI de crisol modificado. (En la patente mencionada, la fusión -reducción del calcinado, se realiza en un horno de arco de CC, y/o en un HEA).

e) Los productos del tratamiento de fusión, son: a) lingote de moldería o pieza de fundición, y b) un PF asimilable a un concentrado de ZnO de gran pureza. (En los hornos de fusión de la patente actual, se produce un acero, o un lingote de fundición sin elaboración, y un concentrado de ZnO necesitado de afino).

Descripción de la invención

El desarrollo tecnológico que se recoge en la presente, elimina residuos siderúrgicos con compuestos de cinc recuperando los metales que contiene, con eficacia y a coste competitivo, ya que:

- Minimiza el uso y consumo de energía eléctrica.

- Obtiene...

1. Horno de inducción modificado para eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales caracterizado porque dispone de una segunda tapa móvil e intercambiable con la convencional de refusión, necesaria para alojar un electrodo de grafito desplazable verticalmente, y disponer de agujeros necesarios para la comunicación de la instalación de depuración de humos, de la tolva de alimentación de aglomerados, y de los medios de control, con el baño fundido del horno.

2. Horno de inducción modificado para eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales según la reivindicación 1, caracterizado porque parte de la modificación lo constituye la incorporación al HI de un generador de arco eléctrico o haz de plasma de CC, apto para fundir escorias, disponiendo de un electrodo de grafito desplazable atravesando la bóveda, (cátodo del generador), y una barra de acero en contacto con el metal fundido atravesando el fondo del crisol, (ánodo).

3. Horno de inducción modificado para eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la segunda tapa dispone de los mecanismos necesarios para desplazarla horizontal y verticalmente junto con el electrodo, para realizar su rápida permuta por la tapa convencional del HI, que irá conectada a campana de instalación de depuración de gases del horno de calcinación.

4. Horno de inducción modificado para eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte superior del crisol está recrecida con un tramo troncocónico realizado en el mismo material que el del crisol, en cuya parte inferior, incorpora un agujero de eje horizontal que atraviesa su pared y lo comunica con una piquera horizontal adicional, para vaciar por gravedad el exceso de escoria acumulado, y que estará siempre sellado mediante tapón hasta el siguiente vaciado.

5. Horno de inducción modificado según una de las reivindicación 1 a 4, caracterizado por disponer de una instalación de depuración de humos en cuyos filtros se deposita, todo el cinc contenido en los residuos, como ZnO, salvo mermas en la calcinación.

6. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) obtención de la mezcla homogénea de los PF con carbón, fundente y aglomerante, utilizando el carbón necesario para reducir los óxidos, compensar la pérdida de carbono en la calcinación, e incorporar el necesario a la fundición.

b) aglomeración en frío de la mezcla anterior en forma de pelets o briquetas, y estabilización por oreo.

c) calcinación de los aglomerados en el entorno de 900ºC, para separar los compuestos volátiles sin que se produzca la reducción del óxido de cinc, y

d) Reducción carbotérmica sobre escorias fundidas de los aglomerados calcinados y calientes en el crisol de HI modificado, para producir fundición de hierro, aleada o no, escoria inerte, y, un PF de alto contenido de ZnO.

7. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, caracterizado porque se lleva a cabo en un horno como el definido en una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la calcinación de los aglomerados, se realiza calentándolos con gases producto de la combustión de combustibles fósiles de contenido en oxigeno y temperatura controlados, situando los aglomerados en una delgada capa uniformemente repartida sobre la superficie de la solera, o de los recipientes móviles sobre camino de rodillos.

8. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según la reivindicación 7, caracterizado porque el horno de calcinación tiene su propia instalación de depuración de humos, con equipos de limpieza y filtros para la captación de los sólidos.

9. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según la reivindicación 7 ú 8, caracterizado porque el horno de calcinación descarga los aglomerados calcinados en caliente, en depósitos reguladores y dosificadores, aptos para permanecer cerrados, sellados, aislados del contacto con el aire, y protegidos internamente por refractario.

10. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según la reivindicación 7, caracterizado porque el reactor que realiza la reducción carbotérmica para recuperar los metales, y escorificar las impurezas no metálicas, es un HI de crisol modificado, capacitado también para fabricar productos acabados de fundición.

11. Procedimiento para la eliminación de residuos siderúrgicos con cinc con recuperación de sus metales, según la reivindicación 7, caracterizado por producir además de un PF asimilado a un concentrado de ZnO de gran pureza, productos de fundición acabados, aleados o no, una escoria inerte, y un residuo de polvo de filtro producido en la calcinación.