ES2306618B1

ES2306618B1 - Procedimiento de reciclado de spent pot linings (spls) procedentes de la produccion de aluminio primario.

Info

Publication number: ES2306618B1
Application number: ES200800946A
Authority: ES
Inventors: Nuria Toca Salgado
Original assignee: Xiloga S L; XILOGA SL
Current assignee: Xiloga S L; XILOGA SL
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2009-07-20
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: ES2306618A1; PT104481A

Abstract

Procedimiento de reciclado de Spent Pot Linings (SPLs) procedentes de la producción de aluminio primario.

La presente invención se refiere a un procedimiento para reciclar SPL, el cual comprende las etapas de recepcionar los SPL, separar los grandes fragmentos que contengan aluminio o hierro así como los fragmentos de tamaño superior a 540 mm, fragmentar las piezas demás de 540 mm, depositar en una tolva de recepción de la línea del proceso el material seleccionado, triturar tamaño del material por debajo de 180 mm, descargar en cinta transportadora y cribar el material resultante de la etapa anterior. Además la presente invención hace referencia al producto obtenido mediante dicho procedimiento y al uso del mismo en cementeras.

Description

Campo técnico de la invención

La presente invención describe un procedimiento para la transformación de un residuo SPL (Spent PotLining o residuo que se genera al desmantelar las cubas electrolíticas en las que se produce Alumnio) en un aditivo para la fabricación de cemento.

La invención se adscribe al sector técnico de las nuevas tecnologías para el aprovechamiento de residuos industriales, permitiendo que un residuo clasificado como peligroso, que tradicionalmente era eliminada mediante deposición en vertederos de seguridad, no solo no ocupe espacio en este tipo de instalaciones especiales, sino que además pueda ser empleado en su totalidad como materia prima en otro proceso industrial, contribuyendo a aumentar la sostenibilidad del proceso industrial que genera el residuo objeto de la invención, la fabricación de aluminio.

Estado de la técnica

Los SPL constituyen un residuo bien conocido que se genera como consecuencia del envejecimiento de los cátodos de las celdas de electrólisis usadas en la producción de aluminio primario. Este residuo, resultante de la demolición de las cubas electrolíticas en las que se produce el aluminio metálico a partir de alúmina (Al_{2}O_{3}) es un material sólido, constituido principalmente por ladrillos refractarios y material carbonoso.

Debido al proceso que tiene lugar en el interior de la cuba electrolítica, cuando esta debe ser demolida, el material resultante posee ciertas características que lo convierten en un residuo peligroso, como son, entre otras:

-: Capacidad para generar gases inflamables y tóxicos al contacto con el agua, como NH_{3}, PH_{3}, H_{2} o CH_{4}.

-: Posibilidad de autoinflamación por desprendimiento de fosfinas.

-: Generación de gases tóxicos como HCN o H_{2}S por contacto con ácidos.

-: Gran contenido en flúor que se libera fácilmente por lixiviación con agua.

Estas características lo convierten en un material tóxico, nocivo por inhalación, ingestión y/o contacto con la piel, fácilmente inflamable.

Este tipo de residuo se compone principalmente de los siguientes componentes:

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De esta manera, se puede comprobar que el SPL, tiene un contenida en flúor próxima al 10%. Los efectos del flúor como fundente y mineralizador sobre el clinker, durante su formación fueron estudiados entre otros por Panomarev col en Dokl. Akad. Nauk SSSR 166 410-412 (1996) y por Teoreanu en Rev. Mater. Constr. Trav. Publics, 666, 73-77 (1971) y en el VI Congreso Internacional de la Química del cemento Moscú (1974). Estos autores llegaron a la conclusión de que existe una relación directa entre el descenso de la viscosidad de la fase líquida y alguna propiedad específica de los iones mineralizadores, como por ejemplo su electronegatividad.

Existen estudios más recientes sobre el efecto del flúor en la capacidad de reacción de crudos del cemento, como los estudios realizados por Palomo y col en Materiales de Construcción 188, 73-86 (1982) y 189, 45-54 (1983), estos trabajos presentan el proceso de formación de un clinker de bajo consumo energético, empleando como materia prima el fluoruro de calcio (CaF_{2}).

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La mineralización consiste en la adición de una o varias sustancias mineralizadoras al crudo del cemento, generalmente productos con contenido en flúor, siendo el más común el fluoruro de calcio.

Si bien además de conocerse estudios sobre la capacidad de los efectos del fluoruro de calcio en la fabricación del cemento, también ha sido objeto de estudio la posible utilización de SPL en la fabricación, de cemento Pórtland, Silveira y col en J. Hazardous Materials B, 98, 1983-190 (2003), realizaron en el año 2003 un estudio que evalúa la opción del sistema de estabilización - solidificación de la fracción inorgánica del SPL en el cemento como una alternativa para una disposición segura de la fracción inorgánica del SPL que reacciona con ciertos componentes del cemento para dar lugar a sólidos químicamente estables.

Recientemente en el año 2005, Games y col en Light Metals; 507-513 (2005), han demostrado que el uso de los SPL en cementeras disminuye las emisiones de NO_{X}, aumenta la saturación del clinker de cemento, da una gran estabilidad al proceso y el 99% del flúor se fija químicamente en el cemento.

Una vez que la posibilidad de empleo de SPL en la fabricación de cemento se ha convertido en una alternativa para la valorización de este residuo, evitando su deposición en vertedero, se hace necesario, diseñar un sistema para procesar el material, antes de su envío a las cementeras, que posibilite su utilización en dicho proceso, causando el menor trastorno posible a la normal actividad de las fábricas de cemento.

Las características físicas y químicas del material (SPL) no hacen sencillo el proceso, ni la adaptación de maquinaria existente, de hecho, alguna experiencia anterior en el sector, fracasó por no disponer de un sistema adecuado de transformación del material, que posibilitara su empleo directo en la fábrica de cemento, sin exigir un esfuerzo extra al cementero.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento al que se somete a los residuos tipo SPL para convertirlos en aditivos aptos para ser empleados en la fabricación de cemento.

Dicho procedimiento comprende las siguientes etapas:

-: Recepción del material procedente de la demolición de cubas electrolíticas de producción de aluminio (SPL). La granulometría es variada, incluyendo partículas de muy reducido tamaño, varios milímetros, a piezas de gran tamaño. De esta manera podemos decir que la granulometría habitual del material recibido está comprendida en el intervalo 0-1.500 mm. En este punto del procedimiento las piezas de granulometría superior a 540 mm son separadas del material recibido para ser fraccionadas antes de su alimentación al mismo.

-: El material recibido (SPL), se somete a inspección mediante el uso de una retropala, para separar del mismo los grandes fragmentos de aluminio o hierro, que pueda contener, así como, los fragmentos de tamaño superior a 540 mm.

-: Mediante el empleo de un martillo picador se fragmentan las piezas de más de 540 mm para reducir su tamaño.

-: El material seleccionado (< 540 mm.) se deposita en la tolva de recepción de la línea de proceso, desde la que se dosifica, por medio de un alimentador mecánico, según las necesidades de producción del sistema.

-: El material pasa inicialmente por una trituradora de mandíbulas, donde se reduce su granulometría a un tamaño inferior a 180 mm.

-: La descarga de esta primera etapa de trituración se realiza sobre una cinta que transporta el material a una etapa de cribado.

-: En el recorrido de la cinta, el material pasa por un separador electromagnético, que permite retirar del mismo cualquier fragmento de hierro u otro metal férrico contenido en los SPL.

-: La cinta descarga en una criba de tres paños, en la que se colocan tamices de distinto paso de malla para la obtención de las distintas granulometrías del producto final deseado, 0 a 5 mm, 5 a 30 mm, y 30 a 80 mm. La no utilización del paño intermedio permitiría obtener dos granulometrías finales, 0 a 5 mm. y 5 a 80 mm.

: La obtención de una u otra granulometría, o de las tres en conjunto, viene dada por la demanda particular de cada una de las fábricas de cemento que va a emplear el aditivo derivado dé los SPL.

: El rechazo de esta primera etapa de trituración, fracción de tamaño superior a 80 mm., procedente del paso anterior, es transportado por medio de cinta a un molino de afino, tipo giratorio de cono, que descarga de nuevo sobre la cinta de alimentación a la criba, para ser sometido por segunda vez a separación granulométrica. Este paso se repite mientras exista material de rechazo en la criba.

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-: La fracción intermedia y la superior, pueden ser productos finales (5-30 mm, 30-80 mm. ó 5-80 mm.) en cuyo caso serán transportadas mediante cinta transportadora a la zona de acopio de producto final, intercalando en su recorrido un separador de corrientes de Focault, que permite separar de I os mismos las partículas de aluminio, o pueden ser un rechazo, cuando el proceso se realice para la obtención, exclusivamente, del material de menor granulometría (0-5 mm), en cuyo caso se conduce mediante cinta transportadora a un segundo molino intermedio, en este caso, un molino de impacto (gravilladora) que descarga también en la cinta de alimentación de la criba. Este proceso se repetirá tantas veces como sea necesario hasta procesar todo el material de rechazo intermedio.

-: El tercer producto obtenido en el cribado; producto final, se conduce a la zona de acopio mediante cinta transportadora, en cuyo recorrido se somete a éste al paso por el separador de corrientes de Focault para retirar del mismo los restos de aluminio que pudiese contener.

-: El producto almacenado en la zona de acopio, clasificado según las distintas granulometrías finales, es cargado con ayuda de una pala cargadora en camiones tipo bañera, cuando se trata de las dos granulometrías mayores 5-30 mm y 5-80 mm. ó 30-80 mm. Mientras que en el caso de la menor, para la carga se emplea además una tolva portátil y una cinta de carga, pues este material, extremadamente fino, se transporta a destino en vehículos cisterna, especialmente preparados para el transporte de sólidos.

Un segundo aspecto fundamental de la presente invención se refiere al producto obtenido mediante el procedimiento descrito anteriormente, que posee la particularidad de que en función de los medios empleados, de entre los que conforman la dotación de equipos de la planta, podemos obtener hasta cuatro granulometrías distintas, a saber, 0-5 mm., 5-30 mm., 30-80 mm. ó 5-80 mm, lo que permite a la misma adaptarse a la demanda de cualquier fábrica de cemento. La granulometría final del producto viene determinada por el sistema de descarga y almacenamiento que el cementero desee emplear para recibir el producto, que puede ser neumática con descrag en silo cerrado, para lo que se destinaría el producto más fino; o en bañera, para descarga por vasculado y almacenamiento a cubierto en superficie. Así mismo, la granulometría final del producto va a depender del punto del proceso en el que el cementero decida introducir el aditivo derivado de SPL, es decir, usaremos la granulometría más fina, 0-5 mm., para introducir el producto directamente al horno; mientras que la de 5-30 mm. se puede introducir en la preparación del crudo de alimentación al horno, mezclado con caliza y pizarra, las materias primas empleadas en la producción del clinker, justamente en la unidad de molienda de crudo; por último, las fracciones más gruesas, 5-80 mm. y 30-80 mm., deberán ser preprocesadas en la propia fábrica antes de su introducción al proceso para adecuarlas al tamaño exigido en función del punto de introducción al proceso, que podrá ser el propio horno, el precalcinador, o la unidad de preparación del crudo. La ventaja fundamental de estas últimas granulometrías es la minimizaci6n de la formación de polvo en la descarga del producto, lo que para el cementero puede ser un problema importante, en función de las instalaciones de que disponga.

También se debe destacar, que el proceso esta diseñado de tal manera que permite, no sólo la obtención de diversas granulometrías finales, si no, la de diversas composiciones. Como se comentó anteriormente que las cubas electrolíticas en la que se produce el aluminio metálico están recubiertas fundamentalmente de material refractario y carbón. Pues bien, el proceso permite alimentar directamente la mezcla de ambas fracciones de material, o separadas, de tal forma que obtendremos un aditivo compuesto por material refractario y carbón (todo uno), cuya composición es la que se comentó anteriormente, y que aporta al proceso de fabricación de cemento materias primas y energía, o dos productos, uno constituido por material refractario, que aporta al proceso de fabricación de cemento materias primas, y otro compuesto fundamentalmente por carbón que aporta energía.

Un tercer aspecto fundamental de la presente invención se refiere al uso del producto obtenido mediante el procedimiento anteriormente descrito, como aditivo en cementeras, ya que el aditivo que denominamos todo uno, aportará al proceso energía y materias primas de las empleadas tradicionalmente en la fabricación de cemento, mientras que los productos de la separación inicial de los dos tipos de materiales que conforman la cuba electrolítica, van a contribuir al proceso aportando, respectivamente, energía, o materias primas, lo que sin duda también condiciona la etapa del proceso en la que se va a emplear el mismo.

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Modo de realización

Para ilustrar el procedimiento a seguir, así como la versatilidad del mismo, se describe a continuación el procedimiento general que se emplea con los SPL procedentes de la demolición de una cuba electrolítica de producción de aluminio.

En función del tipo de cuba empleada en la planta productora de aluminio, el peso de material obtenido de la demolición de una cuba puede oscilar de 60 a 80 toneladas.

El material recibido es descargado en la zona de recepción en donde, con la ayuda de una retropala, se procede a separar el mismo para extraer de éste los grandes trozos de hierro y aluminio que pueden venir mezclados con el mismo. Normalmente, en la experiencia acumulada hasta el momento, se han procesado en nuestra instalación más de 1.000 toneladas, en esta fase ,se puede producir una merma de hasta el 1%, del material recibido. Así mismo, se procede a separar los fragmentos más grandes, superiores a 540 mm., para, con ayuda de un martillo picador, adecuar su tamaña a la tolva de alimentación al proceso.

El material se descarga entonces en la tolva de alimentación, desde la que con un alimentador mecánico se dosifica al primer paso de fragmentación, un triturador de mandíbulas, qué descarga el material fragmentado, menor de 180 mm., a una cinta que lo conducirá hasta la criba de tres paños. En este recorrido, el material es sometido al paso por un electroimán, que retira de la corriente de residuos pequeños fragmentos de hierro que puedan formar parte del mismo.

En función de los paños dispuestos en la criba, y de la maquinaria empleada, podemos obtener los siguientes productos finales, de acuerdo al procedimiento que se detalla a continuación.

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\bullet Granulometría 0-5 mm

La criba dispondrá de dos paños de 5 mm., y 80 mm., de paso, respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm., es enviado, mediante cinta de salida, a un molino tipo cono giratorio que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm.

El material de granulometría entre 5 y 80 mm., es enviado mediante otra cinta, a un molino de impacto, gravilladora, que descarga también, a su vez, en la cinta de alimentación a la criba, repitiendo este paso mientras siga habiendo material de esta granulometría.

Finalmente, el material menor de 5 mm., producto final, se descarga sobre una cinta de salida hacia la zona de acopio de producto terminado, en cuyo recorrido se somete a su paso por un equipo de corrientes de Focault, con el objetivo de retirar del mismo cualquier fragmento de aluminio contenido en el mismo.

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\bullet Granulometrías 0-5 mm. y 5-30 mm

La criba dispondrá de tres paños de 5 mm., 30 mm., y 80 mm., de paso, respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm., es enviado, mediante cinta de salida, al molino de tipo cono giratorio, que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm:

El material entre 30 y 80 mm. es enviado a la gravilladora, que descarga en la cinta que conduce a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con este material.

El material de granulometría entre 5 y 30 mm., es enviado mediante otra cinta, a la zona de acopio. Tras su almacenamiento temporal, deberá ser pasado de nuevo por la parte final del circuito de proceso, para su paso por el equipo de corrientes de Focault, con el objetivo de retirar las partículas de aluminio contenidas en el mismo, tras lo que será definitivamente almacenado hasta expedición.

El material menor de 5 mm., se descarga sobre una cinta de salida hacia la zona de acopio de producto terminado, en cuyo recorrido se somete a su paso por un equipo de corrientes de Focault, con el objetivo de retirar del mismo cualquier fragmento de aluminio contenido en el mismo.

El resultado final proporciona aproximadamente un 15%, de material menor de 5 mm., y un 85%, de material comprendido entre 5 y 30 mm.

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\bullet Granulometrías 0-5 mm. y 5-80 mm

La criba dispondrá de dos paños de 5 mm., y 80 mm., de paso, respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm., es enviado, mediante cinta de salida, al molino de tipo cono giratorio, que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm.

El material de granulometría entre 5 y 80 mm., es enviado mediante otra cinta, a la zona de acopio. Tras su almacenamiento temporal, deberá ser pasado de nuevo por la parte final del circuito de proceso, para su paso por el equipo de corrientes, de Focault, con el objetivo de retirar las partículas de aluminio contenidas en el mismo, tras lo que será definitivamente almacenado hasta expedición.

El resultado final proporciona aproximadamente un 10%, de material menor de 5 mm., y un 90%, de material comprendido entre 5 y 80 mm.

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\bullet Granulometrías 0-5 mm., 5-30 mm. y 30-80 mm

La criba dispondrá de tres paños de 5 mm., 30 mm., y 80 mm., de paso, respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm., es enviado, mediante cinta de salida, a un molino tipo cono giratorio que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm.

El material de granulometría entre 30 y 80 mm., es enviado mediante otra cinta, a la zona de acopio donde se almacenará temporalmente para ser pasado posteriormente por el equipo de corrientes de Focault, para separar aluminio, antes de ser acopiado de forma definitiva para expedición.

El material de granulometría entre 5 y 30 mm., es enviado mediante otra cinta, a la zona de acopio donde se almacenará temporalmente para ser pasado posteriormente por el equipo de corrientes de Focault, para separar aluminio, antes de ser acopiado de forma definitiva para expedición.

El resultado final proporciona aproximadamente un 5%, de material menor de 5 mm., un 25%, de material comprendido entre 5 y 30 mm., y un 70% de material comprendido entre 30 y 80 mm.

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\bullet Granulometría 0-30 mm

La criba dispondrá de dos paños de 30 mm., y 80 mm., de paso, respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm., es enviado, mediante cinta de salida, al molino de tipo cono giratorio, que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm.

El material de granulometría entre 30 y 80 mm., es enviado mediante otra cinta, a la gravilladora, que descarga sobre la cinta que conduce a la criba, repitiendo este proceso hasta terminar con el material de esta granulometría.

El material menor de 30 mm, se descarga sobre una cinta de salida hacia la zona de acopio de producto terminado, en cuyo recorrido se somete a su paso por un equipo de corrientes de Focault, con el objetivo de retirar del mismo cualquier fragmento de aluminio contenido en el mismo.

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\bullet Granulometrías 0-30 mm. y 30-80 mm

La criba dispondrá de dos paños de 30 mm, y 80 mm, de paso respectivamente, de forma que todo el material de tamaño superior a 80 mm, es enviado, mediante cinta de salida, al molino de tipo cono giratorio, que descarga en la cinta que conduce el material a la criba, repitiendo este paso hasta acabar con el material de tamaño superior a 80 mm.

El material de granulometría entre 30 y 80 mm, es enviado mediante otra cinta, a la zona de acopio. Tras su almacenamiento temporal, deberá ser pasado de nuevo por la parte final del circuito de proceso, para su paso por el equipo de corrientes de Focault, con el, objetivo de retirar las partículas de aluminio contenidas en el mismo, tras lo que será definitivamente almacenado hasta expedición.

El material menor de 30 mm., se descarga sobre una cinta de salida hacia la zona de acopio de producto terminado, en cuyo recorrido se somete a su paso por un equipo de corrientes de Focault, con el objetivo de retirar del mismo cualquier fragmento de aluminio contenido en el mismo.

El resultado final proporciona aproximadamente un 70%, de material menor de 30 mm., y un 30%, de material comprendido entre 30 y 80 mm.

Claims

1. Procedimiento de reciclado de SPLS caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a.: recepcionar;

b.: separar;

c.: fragmentar;

d.: depositar;

e.: triturar;

f.: descargar en cinta transportadora; y

g.: cribar.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de recepción se reciben fragmentos procedentes de la demolición de cubas electrolíticas de producción de aluminio de granulometría desde 0 a 1500 mm.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de separación se eliminan los fragmentos de granulometría superior a 540 mm y los grandes fragmentos de aluminio o hierro, mediante el uso de una retropala.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de fragmentar las piezas de más de 540 mm son reducidas de tamaño mediante el uso de un martillo picador.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de depositar, los fragmentos de granulometría inferior a 540 mm, son depositados en una tolva de reopción mediante un alimentador mecánico.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de triturar, se reduce la granulometría de los fragmentos hasta un tamaño inferior a 180 mm mediante una trituradora de mandíbulas.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de descarga en cinta transportadora, se eliminan fragmentos de hierro u otro material férrico mediante un separador electromagnético.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de criba, se lleva a cabo en una criba de tres paños en la que se colocan tamices de distinto paso de malla para la obtención de distintas granulometrías.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se obtienen granulometrías de 0 a 5 mm, de 5 a 30 mm, de 30 a 80 mm, de 5 a 80, o mezcla de las mismas.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los fragmentos de granulometría de 5 a 30 mm, de 30 a 80 mm y de 5 a 80 mm son transportados a zona de acopio de producto final, intercalando en su recorrido un separador de corrientes de Focault para separar partículas de aluminio.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los fragmentos de granulometría de 5 a 30 mm, de 30 a 80 mm y de 5 a 80 mm son llevados a un molino de impacto que descarga en la etapa de descarga en cinta transportadora.

12. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los fragmentos de granulometría de 0 a 5 mm se conduce a la zona de acopio de producto final, intercalando en su recorrido un separador de corrientes de Focault para separar partículas de aluminio.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque los fragmentos son cargados mediante pala cargadora en camiones tipo bañera.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque los fragmentos son cargados mediante una pala cargadora, una tolva portátil y una cinta de carga en camiones cisterna.

15. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los fragmentos de granulometría superior a 80 mm son transportados por medio de cinta a un molino de afino, tipo giratorio de cono que descarga sobre la cinta transportadora.

16. Producto de reciclado de SPLs obtenido según el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque o está exento de partículas metálicas o es extremadamente fino o tiene ausencia de finos.

17. Producto según la reivindicación 16, caracterizado porque tiene granulometrías de 0 a 5 mm, de 5 a 30 mm, de 30 a 80 mm, de 5 a 80, o mezcla de las mismas.

18. Producto según la reivindicación 16, caracterizado porque está compuesto por materiales refractarios y carbón.

19. Uso del producto según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, como aditivo en cementeras.