ES2234495T3 - Metodo para el tratamiento de aleaciones que contienen hierro, zinc y plomo tales como los polvos de hornos de siderurgia. - Google Patents
Metodo para el tratamiento de aleaciones que contienen hierro, zinc y plomo tales como los polvos de hornos de siderurgia.Info
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Abstract
Procedimiento para el aprovechamiento de materias primas recuperadas que contienen hierro, cinc y plomo, preferentemente de polvos siderúrgicos, en un horno tubular giratorio con modo de funcionamiento a contracorriente de la carga y la atmósfera gaseosa, así como con escoria de laminación de alcalinidad ajustada, en el que las materias primas se mezclan y/o aglomeran con un soporte de carbono reactivo de grano fino, caracterizado por el hecho de que la porción cuantitativa de carbono está presente de forma fuertemente subestequiométrica en comparación con todas las reacciones consumidoras de carbono en la carga, de que se distribuye una nueva porción de soportes de carbono de grano grueso entre los aglomerados, de que la proporción total de carbono es inferior al 80% de la cantidad que requieren todas las reacciones consumidoras de carbono en la carga a una temperatura de laminación de menos de 1150ºC, de que se hace incidir aire frío sobre la escoria de laminación en las proximidades de la salida del horno, una vez se ha alcanzado una marcha estable del horno, en una cantidad tal que hace descender la proporción de hierro metálico en el contenido total de hierro a menos del 20%, y de que se alimenta el horno con un caudal total de aire que es estequiométrico o sobrestequiométrico en relación con todos los componentes gaseosos oxidables, pudiéndose así pues prescindir de una postcombustión controlada.
Description
Método para el tratamiento de aleaciones que
contienen hierro, zinc y plomo tales como los polvos de hornos de
siderurgia.
La invención se refiere a un procedimiento para
el aprovechamiento de materias primas recuperadas que contienen
hierro, cinc y plomo, preferentemente de polvos siderúrgicos, en una
instalación de horno tubular giratorio equipada de la manera
habitual para el proceso de laminación, con escoria de laminación de
alcalinidad ajustada.
En el procedimiento de laminación es conocido el
hecho de mezclar sustancias que contienen cinc y plomo con coque
menudo (soporte de carbono) y cargar la mezcla en un horno tubular
rotatorio conectado en contracorriente. El material se mueve, a
causa de la inclinación del eje del horno y de la rotación del
horno, hacia el extremo más profundo del horno. El aire que circula
a contracorriente, recalentado repetidamente por un quemador, oxida
los gases que se originan en la carga, con lo que se eleva la
temperatura de los gases y se produce en consecuencia un
calentamiento de la cámara del horno y de la carga.
Cuando atraviesa el horno, esa carga experimenta
una modificación de su composición, de tal manera que en primer
lugar reacciona el carbono con óxidos de hierro reductibles, con la
formación de hierro metálico, y después el óxido de carbono que se
origina, así como el carbono sólido, reaccionan con óxido de cinc
para producir cinc metálico, el plomo y sus compuestos reaccionan de
manera correspondiente y finalmente todo, conforme a sus relaciones
de presión de vapor, se vaporiza. El hierro metálico se carbura a
causa del carbono sobrante. Los residuos sólidos, llamados escoria
de laminación, contienen coque sobrante, hierro metálico carburado y
un resto de óxidos escorificantes, y también cinc en pequeñas
cantidades. Los gases de humo pierden en su recorrido a través del
horno su contenido de oxígeno libre. En un funcionamiento ideal de
la laminación, los gases de humo no contienen, en la salida de
gases, ni O_{2} ni CO.
En las formas alcalinas de conducir el proceso
conocidas hasta la fecha, las escorias de laminación se caracterizan
por valores de eluato y propiedades físicas estructurales que
restringen se aprovechamiento a pocos campos de aplicación, por
ejemplo la construcción de vertederos de basura clasificada.
Otros inconvenientes de los procesos de
laminación conducidos de forma alcalina que se conocen hasta la
fecha son:
- 1.
- Alto consumo de energía por el elevado hinchamiento del coque.
- 2.
- Consumo más alto de energía debido a la frecuente alimentación del fuego con un combustible de alta calidad.
- 3.
- Derroche energético a causa del 5 - 10% de coque residual y hierro metálico (> 90% de la primera fase) en la escoria de laminación.
- 4.
- Aparición de incrustaciones ferruginosas en las paredes del horno, o de bolas de hierro en las proximidades de la zona de salida, favorecida por el lato contenido de carbono en la esponja de hierro.
Para evitar estos inconvenientes se efectúa en la
literatura especializada la propuesta de conseguir una oxidación de
la escoria de laminación insuflando aire caliente en la salida de la
escoria.
En el procedimiento conforme a la patente
US-366522 se insufla en la zona de salida de un
horno tubular giratorio aire caliente que se calienta en una
instalación independiente de recuperación a entre 700ºC y 750ºC, sin
que se plantee la exigencia de obtener del proceso la energía
necesaria para hacerlo. La temperatura en la zona de la insuflación
ha de poder subir hasta 2000ºC, lo que también resulta de la
temperatura de salida de las sustancias que intervienen en la
reacción. La escoria de laminación se funde, al menos en parte;
tiene que obtenerse en forma de granulado. El procedimiento está
concebido preferentemente para minerales sulfurosos.
El conocido procedimiento de laminación conforme
a la patente EP-0654538 es casi idéntico en sus
rasgos fundamentales a ese procedimiento. También aquí se insufla en
la zona de salida del horno tubular giratorio aire caliente, en este
caso a entre 500 y 1000ºC, con el fin de integrar en el
aprovechamiento de la energía los componentes oxidables de la
escoria de laminación. Debido a la combustión del carbono sobrante y
del hierro metálico, la temperatura de la escoria de laminación
asciende a entre 1200ºC y 1500ºC; ciertamente ha de seguir siendo
grumosa y no verterse fundida. Por ese motivo el proceso sólo se
puede aplicar en un modo de funcionamiento alcalino. El caudal de
aire se dimensiona de tal manera, para limitar el gradiente de
temperatura en la cámara del horno, que el gas de humo en el
conducto de humos (lado de entrada de la carga) contiene todavía CO
y vapor de cinc además de otros componentes; así pues, es
subestequiométrico con respecto a la combustión. Por ese motivo es
necesaria una postcombustión ordenada. En el procedimiento se ha
resuelto la preparación del aire caliente de manera costosa. Los
gases de salida de la postcombustión sirven para el precalentamiento
del aire de la combustión, para lo que es necesario un recuperador
especial que trabaje en condiciones desfavorables (polvo, cloruros,
plomo). No se conocen soluciones técnicas para una recuperación de
este tipo.
La memoria descriptiva
US-A-4,396,424 describe un
procedimiento de laminación conforme al preámbulo de la
reivindicación 1. El carbono que se utiliza como combustible o
fuente de calor equivale en este caso a la cantidad total requerida
para la reducción de Fe_{2}O_{3} para transformarlo en FeO, así
como a la porción para la reducción de óxido de cinc, óxido de plomo
y otros óxidos metálicos. No se lleva a cabo ningún tipo de carga
subestequiométrica con carbono con respecto a todas las reacciones
consumidoras de carbono. Se utiliza un horno en el que predomina una
atmósfera reductora en el lado de la entrada y una atmósfera
oxidante en el lado de la salida. Los compuestos de cinc y de plomo
se reducen en la atmósfera reductora para transformarse en metales,
y los metales se volatilizan. En esta atmósfera, ciertamente, no
existe ya oxígeno, de manera que en la fase gaseosa no puede tener
lugar ya una oxidación.
La memoria descriptiva
WO-A-98/04755 describe un
procedimiento para la fabricación de un material que contiene cinc
por medio de un procedimiento de laminación, en el que se produce
una escoria de laminación en una salida de horno con un carbono con
un contenido del 20%.
Motiva la invención el problema de preparar un
procedimiento con el que se pueda llevar a cabo un proceso de
laminación con escoria de laminación de alcalinidad ajustada en
instalaciones de laminación normalmente equipada, con unos costes
técnicos justificables. El procedimiento de funcionar con una
temperatura inferior a la usual hasta la fecha en la escoria de
laminación, y sin una postcombustión de los gases de salida con aire
en el exterior del horno de laminación. Además, se ha de mejorar el
balance energético del proceso de laminación, y por otra parte se ha
de aumentar el rendimiento de paso del horno tubular giratorio
utilizado. Además de eso se ha de mejorar la calidad de la escoria
para que se pueda aprovechar de múltiples maneras.
Conforme a la invención se resuelves esos
problemas por medio de un procedimiento conforme a la
reivindicación 1. De las reivindicaciones secundarias se desprenden
formas de realización preferidas.
En el procedimiento conforme a la invención se
procesan materias primas recuperadas que contienen hierro, cinc y
plomo, preferentemente polvos siderúrgicos, en un horno tubular
giratorio con modo de funcionamiento a contracorriente de carga y
atmósfera gaseosa, así como con escoria de laminación de alcalinidad
ajustada, de tal manera que las materias primas se mezclan y/o
aglomeran con un soporte de carbono reactivo de grano fino,
hallándose presente la porción cuantitativa de carbono de forma
fuertemente subestequiométrica en comparación con todas las
reacciones consumidoras de carbono en la carga, que se distribuye
una nueva porción de soportes de carbono de grano grueso entre los
aglomerados, que la proporción total de carbono es < 80% de la
cantidad que requieren todas las reacciones consumidoras de carbono
en la carga a una temperatura de laminación de < 1150ºC. Se
prefiere que la proporción de carbono esté dimensionada de tal
manera que la escoria de laminación no contenga carbono libre (<
1%), incluso sin oxidación posterior, que se alimente el horno con
un caudal total de aire que sea estequiométrico o
sobrestequiométrico en relación con todos los componentes gaseosos
oxidables, pudiéndose así pues prescindir de una postcombustión
especialmente controlada, que se haga incidir aire frío sobre la
escoria de laminación en las proximidades de la salida del horno,
una vez se ha alcanzado una marcha estable del horno, en una
cantidad tal que haga descender la proporción de hierro metálico
menos del 20%, preferiblemente a < 10%, y que se ajuste una
elevada alcalinidad de la escoria de laminación también por medio de
la adición de residuos calcáreos o magnésicos, tales como los lodos
de la precipitación del yeso, con una elevada proporción de
magnesio, de MgO \geq 0,1% CaO.
Los soportes de carbono de grano fino tienen
conforme a la invención un diámetro de aproximadamente entre 0 y 6
mm, preferiblemente de entre 0 y 4 mm, y de manera más preferible de
< 2 mm. Los soportes de carbono de grano grueso tienen conforme a
la invención un diámetro de aproximadamente entre 0 y 16 mm,
preferiblemente de entre 0 y 12 mm, y de manera más preferible de
< 10 mm.
Resulta ventajoso en el procedimiento el hecho de
que sea por completo suficiente cubrir una necesidad adicional de
calor en la salida del horno por medio de la adecuada introducción
de aire frío en una cantidad del 30 al 40% del aire total. El aire
provoca la oxidación del hierro metálico y la producción de calor
unida a ella. La temperatura de la escoria de laminación se puede
ajustar a < 1150ºC por medio de la regulación del caudal de aire.
El caudal de aire absorbido se regula de la manera ya conocida con
el tiro del horno. Se ha de dimensionar de tal manera que el gas de
humo contenga en el conducto de humos del horno entre 0,5 y 2% de
O_{2}.
En consecuencia se obtiene un régimen del horno
en el que en la capa sólida, esto es, en la carga del horno, la
proporción cuantitativa de carbono es subestequiométrica con
respecto a la demanda de carbono de todas las reacciones
consumidoras de carbono, pero en el volumen de gas permite una
combustión completa de todos los componentes y, en consecuencia, es
estequiométrica o sobrestequiométrica con respecto a la combustión
con O_{2} libre en el gas de humo.
Este principio se desarrolla de manera ventajosa
con la utilización de un soporte de carbono reactivo y de grano
fino, que contenga también pequeñas cantidades de sustancias
volátiles, el cual, mezclado y/o aglomerado con suplementos y
materias primas de grano fino, se carga en el horno.
Este principio se desarrolla además de manera
ventajosa por el hecho de que como materiales suplementarios
alcalinos se puedan utilizar también yesos residuales, que permiten
una marcha del horno considerablemente libre de fallos. Esto se
mejora además por medio del bajo contenido de carbono del hierro
metálico formado, y por el elevado punto de fusión de éste provocado
por esa causa.
Este principio permite, en el modo de
funcionamiento descrito, un servicio normal incluso en hornos
pequeños, en gran medida sin calentamiento adicional.
Esto se pone en práctica técnicamente por medio
de una cuidadosa dosificación y mezcla de los componentes y la
utilización de una instalación de aglomeración. Se hace necesario
además un dispositivo de introducción de aire, con máquina soplante,
mecanismos de medida y de mando y una lanza móvil de soplado. Las
escorias de laminación que se producen se puede utilizar en los
campos de la construcción de vertederos de basura clasificada o en
las capas adhesivas de asfalto. Están sinterizadas a la máxima
densidad en superficie, se hallan libres de carbono (< 1%) y sólo
contienen aún pequeñas cantidades de hierro metálico. Sus valores de
eluato se hallan conformes a las disposiciones legales.
La escoria de laminación grumosa se granula o
enfría bruscamente en un chorro de agua después de su salida del
horno.
En el procedimiento conforme a la invención se
aumenta el balance energético del horno de laminación, y también el
rendimiento de paso del horno tubular giratorio utilizado,
reduciendo la proporción de soportes de carbono y aprovechando el
potencial energético del hierro metálico a la salida del horno.
Ejemplo de
realización
Se pelletizan polvos siderúrgicos que contienen
cinc y plomo con coque de petróleo con un tamaño de grano < 2 mm,
materiales suplementarios de grano fino que contienen CaSO_{4} y
agua. Se ajusta la carga de coque de petróleo de tal manera que los
pellets contienen aproximadamente el 70% del carbono necesario para
la reducción de los compuestos que contienen hierro, cinc y plomo.
La humedad sen encuentra entre el 10 y el 12%. Estos pellets se
mezclan con soportes de carbono de grano grueso de un tamaño de
grano de aproximadamente < 10 mm. En total la proporción de
carbono es de aproximadamente el 75% del carbono necesario para la
reducción de los compuestos que contienen hierro, cinc y plomo.
Estos pellets autofundentes son procesados, junto
con los soportes de carbono de grano grueso, en un horno de
laminación de 38,5 m de largo y con un diámetro interior de 2,5 m,
con una inclinación del 3%. Se hace pasar por el cabezal del horno
una lanza de soplado con la que se sopla aire sobre la escoria a lo
largo de 2 m por medio de toberas. Este caudal de aire se regula de
tal manera que el hierro contenido en la escoria se oxida en su
mayor parte, el carbono residual es < 1% y la temperatura de la
escoria es de unos 1100ºC. El caudal total de aire se regula de tal
manera que se da una relación estequiométrica con respecto a todos
los componentes del gas que se han de oxidar, y que el gas de salida
no contiene CO.
La escoria se granula y se puede utilizar, a
causa de sus propiedades físicas estructurales y su calidad de
eluato, en la construcción, por ejemplo para capas adhesivas de
asfalto o para formar capas para el paso del gas en el saneamiento
de vertederos de basura clasificada. El contenido de hierro metálico
en la escoria es de aproximadamente el 5% en peso.
El gas de salida se purifica en la cámara
colectora de polvo de forma no refinada. En el enfriamiento y
purificación subsiguientes del gas de salida se obtiene un óxido de
laminación con un contenido de cinc de aproximadamente el 63%.
Claims (4)
1. Procedimiento para el aprovechamiento de
materias primas recuperadas que contienen hierro, cinc y plomo,
preferentemente de polvos siderúrgicos, en un horno tubular
giratorio con modo de funcionamiento a contracorriente de la carga y
la atmósfera gaseosa, así como con escoria de laminación de
alcalinidad ajustada, en el que las materias primas se mezclan y/o
aglomeran con un soporte de carbono reactivo de grano fino,
caracterizado por el hecho de que la porción cuantitativa de
carbono está presente de forma fuertemente subestequiométrica en
comparación con todas las reacciones consumidoras de carbono en la
carga, de que se distribuye una nueva porción de soportes de carbono
de grano grueso entre los aglomerados, de que la proporción total de
carbono es inferior al 80% de la cantidad que requieren todas las
reacciones consumidoras de carbono en la carga a una temperatura de
laminación de menos de 1150ºC, de que se hace incidir aire frío
sobre la escoria de laminación en las proximidades de la salida del
horno, una vez se ha alcanzado una marcha estable del horno, en una
cantidad tal que hace descender la proporción de hierro metálico en
el contenido total de hierro a menos del 20%, y de que se alimenta
el horno con un caudal total de aire que es estequiométrico o
sobrestequiométrico en relación con todos los componentes gaseosos
oxidables, pudiéndose así pues prescindir de una postcombustión
controlada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la proporción de carbono
está dimensionada de tal manera que la escoria de laminación no
contiene carbono libre (< 1%), incluso sin oxidación
posterior.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado por el hecho de que se hace incidir sobre la
escoria de laminación en las proximidades de la salida del horno,
una vez se ha alcanzado una marcha estable del horno, aire frío en
una cantidad tal que hace descender la proporción de hierro
metálico en el contenido total de hierro a menos del 10%.
4. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que se
ajusta una elevada alcalinidad de la escoria de laminación por medio
de la adición de residuos calcáreos o magnésicos, tales como los
lodos de la precipitación del yeso, con una elevada proporción de
magnesio, con MgO \geq 0,1% CaO.
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