1 DEPARTAMENTO INGENIERÍA INDUSTRIAL INGENIERÍA CIVIL ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALGECIRAS Departamento de Ingeniería Industrial e Ingeniería Civil.

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1 1 DEPARTAMENTO INGENIERÍA INDUSTRIAL INGENIERÍA CIVIL ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALGECIRAS Departamento de Ingeniería Industrial e Ingeniería Civil Diseño de un Modelo Industrial para la Recuperación de Metales en P.D.H de Acerías Mayo 2009 Miguel Ángel Parrón Vera, Amando Herrero González

2 2 ÍNDICE DE LA EXPOSICIÓN 1. Objetivos 2. Datos de partida 3. Tratamientos de recuperación 4. Proceso de fabricación 5. Materiales básicos empleados 6. Modelo experimental I 7. Modelo experimental II 8. Optimización del modelo 9. Conclusiones y aportaciones

3 3 OBJETIVOS * Minimizar el Impacto Medioambiental de las Acerías * Estudiar procedimientos prácticos de revalorización de residuos, algunos clasificados como potencialmente tóxicos y peligrosos * Analizar diversos compuestos como reductores en la metalurgia de residuos siderúrgicos constituidos por óxidos metálicos, sólo en el caso del inoxidable

4 Informe CENIM (1992)4 Datos de partida * PRODUCCIÓN DE ACEROS EN ESPAÑA ° Convertidores LD43.2% ° Arco eléctrico56.8% Al carbono 43.8% Especiales 9.6% Inoxidable 3.3%

5 Informe CENIM (1992)5 Datos de partida * PRODUCCIÓN DE POLVOS DE ACERÍA Acero al carbono 78% Aceros especiales17% Acero inoxidable 5% *Producción media para el conjunto de la siderurgia 15.6 kg./t

6 Informe CENIM (1992)6 Datos de partida * PRODUCCIÓN ESPECÍFICA DE POLVOS DE ACERÍA Acero al carbono 15.8 kg./t Aceros especiales15.7 kg./t Acero inoxidable 12.9 kg./t *Porcentaje en peso de polvo en la obtención de acero inoxidable es un 11 % menor * Porcentaje capturado del emitido60-70%

7 Informe CENIM (1992)7 Datos de partida Destino actual de los polvos de acería

8 Informe CENIM (1992)8 Datos de partida Composición química y producciones medias ponderadas de los polvos de acería eléctrica Análisis anual de la producción de metales ZnPbCrNi t/año 22600 3400600120 ElementoAcero ComúnAcerosAceros EspecialesInoxidables Zn 21.1 14.6 11.7 Pb 3.2 2.5 0.7 Fe 22.4 36.8 18.1 Cr 0.3 0.5 10.4 Ni 0.06 0.06 2.0 t/año polvos analizados 57320 13756 5503 t/año polvos estimadas 89540 19490 5503

9 9 Proceso de fabricación Diagrama de bloques de acería

10 10 Proceso de fabricación Sistema de captación de polvos de humo de acería de horno de arco eléctrico

11 11 Proceso de fabricación Diagrama de bloques de laminación en caliente

12 12 Proceso de fabricación Diagrama de bloques de laminación en frío

13 13 Materiales básicos empleados CARACTERIZACIÓN DE LOS ÓXIDOS METÁLICOS Elementos % %METAL % ÓXIDOS% METAL% ÓXIDOS Zn11.4114.200.010.012 Pb1.091.170.010.011 Ni1.491.895.717.25 Si1.433.060.270.57 Mn4.045.210.300.38 Cr9.3313.637.0110.24 Ca3.995.55--------- Fe30.6543.9851.5273.66 Mg4.086.760.030.05 Al0.250.470.040.075 Ti0.020.0330.010.017 Mo0.090.130.270.40 Cu0.210.260.160.20 Sn0.030.0340.030.034 Cd0.040.0450.010.011 P0.080.180.080.18 P.D.H.P.R.A.

14 14 Materiales básicos empleados FOTOGRAFÍA DE LOS POLVOS RECOGIDOS

15 15 Materiales básicos empleados Componentes fundamentales del VIDRIO FUNDENTEALÚMINAFORMADORES de VIDRIO Na 2 O K 2 O MgOSiO 2 CaOAl 2 O 3 B 2 O 3 BaOP 2 O 5 PbO ZnO Composición química del VIDRIO MgOCaOTiO 2 SiO 2 Al 2 O 3 NiONa 2 OK 2 O 1.1811.850.1076.611.100.1512.390.15

16 16 Materiales básicos empleados Fotografía del VIDRIO RESIDUAL molido

17 17 FUNDENTES = VIDRIOS RESIDUALES Modelo experimental I RESIDUOS SIDERÚRGICOS = ÓXIDOS METÁLICOS REDUCTOR 1. CARBONO 2. CARBURO CÁLCICO 1ª Etapa: Generar el Modelo 1600 ºC 1200 ºC < 1000 ºC Caro Vidrios boratos CSIC Horno mufla Crisol porcelana

18 18 FUNDENTES = VIDRIOS RESIDUALES Modelo experimental I 1ª fase Preparación del fundente YODURO SÓDICO TETRABORATO SÓDICO RESULTADOS NEGATIVOS RESULTADOS POSITIVOS m2m2 m3m3 ÁCIDO BÓRICO Reacción distinta Características similares a los vidrios boratos m1m1 ESPATO FLUOR RESULTADOS POSITIVOS m4m4

19 19 FUNDENTES = VIDRIOS RESIDUALES Modelo experimental I m1m1 m3m3 Evolución de la muestra con el incremento de temperatura T VIII.7 m2m2 700ºC SIN REACCIONAR 800ºC viscosopastosoviscosolíquido 950ºC fluidoviscosolíquidolíquido 1ª fase Preparación del fundente m4m4

20 20 Modelo experimental I 2ª Etapa Identificar el modelo Crisol grafito

21 21 Modelo experimental I 2ª Etapa Identificar el modelo Reacciones de reducción ElementoFeCrNiZnCaCC 2 Ca Peso molec.55.8452.058.7165.3840.0812.0164.10 CompuestoFe 2 O 3 Cr 2 O 3 NiOZnOCaOCO Peso molec.159.6152.074.781.452.128.0

22 22 Modelo experimental I 2ª Etapa Identificar el modelo Formación de CO y CO 2 973 ºK CO 2 estable CO estable (I) (II)

23 23 Modelo experimental I 2ª Etapa Identificar el modelo Estequiometrías

24 24 Modelo experimental II Horno mufla AGOTADAS LAS EXPERIENCIAS VARIAR LA ACCIÓN DE INVESTIGACIÓN MODIFICANDO LAS CONDICIONES DE TRABAJO HORNO DE INDUCCIÓN

25 25 Modelo experimental II Crisol grafito Crisol magnesita REDUCCIÓN EN HORNO DE INDUCCIÓN C C 2 Ca +

26 26 Optimización del modelo Factor X. ESCORIAFactor Y. CRISOL

27 27 Optimización del modelo METAL DE APORTACIÓNFe ARMCO (99.7%) + Fundente F 2 Ca No perturba la reacción Óxidos 8% Ni recuperado Reductor C 2 Ca Formación de alumino-silicato VIDRIO + +

28 28 Este modelo experimental es el mas viable para trabajar en las condiciones establecidas VIDRIO Optimización del modelo METAL DE APORTACIÓN + Fundente F 2 Ca Óxidos Reductor C 2 Ca + + +

29 29 Optimización del modelo Conclusiones sobre el fundente

30 30 Optimización del modelo Diseño de un modelo experimental para un proceso en continuo Condición de LimitaciónCARGA DEL HORNO ACERO/ÓXIDOS {23:1}BUEN RENDIMIENTO Fusiones repetitivas en medio licuo (>1580ºC)

31 31 Optimización del modelo Diseño de un modelo experimental para un proceso en continuo Obtenido de la centrifugación Después del análisis BOTÓN METÁLICO Escoria Parte metálica

32 32 Optimización del modelo Diseño de un modelo experimental para un proceso en continuo Recuperación de metales de los óxidos de los polvos de la P.R.A.

33 33 Optimización del modelo Diseño de un modelo experimental para un proceso en continuo Diagrama de acumulación de la recuperación del Ni y Cr con el incremento de las fusiones de los óxidos de los polvos de la P.R.A.

34 34 Conclusiones y aportaciones Tipo de HORNO MUFLA INDUCCIÓN C 2 Ca Carbono bajo Bueno OPTIMO +

35 35 Conclusiones y aportaciones B Flujo magnético