ES2234495T3 - Metodo para el tratamiento de aleaciones que contienen hierro, zinc y plomo tales como los polvos de hornos de siderurgia. - Google Patents

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.

Campo de la invención

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.

Antecedentes de la invención

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%.

Resumen de la invención

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.