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CONSERVACION DEL CONTENIDO METALICO EN LAS ESCORIAS DE ALUMINIO POR LA OPERACIÓN DE LA UNIDAD PRENSA DE ESCORIAS DE ALUMINIO

Ing. James Herbert, C. EngALTEK LLC, Exton, Pennsylvania, USA

Ing. Alan Peel, C. EngALTEK LLC, Castle Donnington, Derbyshire, UK

I.Q.M. Salvador Tovar Fco.ALTEK LLC, México D.F., México

RESUMEN

El manejo adecuado de la escoria de aluminio es una actividad necesaria en cualquier operación de fundición de aluminio. El sistema de prensado de escoria es una tecnología destinada a liberar y aprovechar al máximo el metal atrapado e incrementar la recuperación del metal. Desde 1990 fecha de su introducción a la industria de la fusión de aluminio, la tecnología ha evolucionado para satisfacer las exigencias requeridas en el proceso de fusión mas actualizado, bajo una estricta legislación ambiental.El trabajo describe los acontecimientos que fueron subsanados, las deficiencias y limitaciones de los sistemas y las mejoras que han permitido que la densificación y el enfriamiento de una amplia variedad de escorias, incluso escorias salinas de hornos rotativos hayan sido un elemento de optimización de operaciones de Fundición. Así como los datos y resultados de las últimas instalaciones de la Prensa de Escoria.

INTRODUCCIONEscoria es un subproducto inevitable de la industria del aluminio y representa generalmente entre del 1 al 5% en peso de la producción total de una planta. Cuando la escoria se retira de los hornos de fusión, puede contener hasta un 80% de aluminio libre que, si no es tratada adecuadamente, la oxidación del aluminio contenido, contribuye a la disminuir el valor de los recuperables perdiéndose completamente.Se ha determinado que existen pérdidas por oxidación de aluminio de hasta en un 1% de por

cada minuto que la escoria no sea apagada ó enfriada, al momento de queda expuesta al aire [1]. Teniendo un costo muy elevado de muchos cientos de miles de dólares por año si las escorias de aluminio no son apagadas ó enfriadas adecuada-mente después de la operación de remoción de escorias del horno.Actualmente la legislación ambiental es más estricta, obligando a las empresas a revaluar sus técnicas de manejo de escorias. Normalmente, las iniciativas ambientales proporcionar ningún beneficio comercial y tener un impacto negativo en la línea inferior. Sin embargo. Comúnmente los proyectos ambientales asociados con la reducción de la generación de escorias, no sólo cumplen con el objetivo de reducir las emisiones de humos y polvos de las plantas sino que también puede proporcionar un retorno sobre la inversión relativamente rápida y significativa mediante la preservación del metal en las escorias.

Actualmente se han desarrollado una serie de diferentes tecnologías a lo largo de los años a fin de intentar hacer frente tanto a las cuestiones económicas y ambientales asociadas al manejo de escorias. [1], [2], [3], [4], [5].

La mayoría de estas tecnologías no han ganado aceptación universal debido a varias razones, tales como costo de equipo, recuperaciones de metal, no adecuadas, tiempo excesivo de proceso de enfriamiento, problemas de seguridad en particular para aquellos sistemas incorporación del agua como un medio de refrigeración.

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La Prensa de escorias (The Press) siendo desarrollada e promovida en la industria del aluminio por ALTEK desde los mediados de los 1990. Esta tecnología de enfriamiento de escorias fue un salto en términos de recuperación de metales y permitió a las empresas a mantener más de su metal en planta, mientras al mismo tiempo, se maximizó la recuperación del aluminio por el procesador secundario.

No obstante a la optimización de recuperación de metal por el uso de La Prensa de Escoria se encontraron una serie de puntos débiles en el equipo creando una percepción negativa con algunos de los primeros usuarios. La industria del aluminio tiene una memoria longeva; y, las historias relacionadas con este hecho todavía se pueden escuchar hoy en día, de que algunos sistemas de prensado de hace tuvieron problemas. Esto es particularmente cierto en América del Norte en donde estas primeras máquinas fueron suministrados.

Actualmente la tecnología del prensado de Escoria tiene poco parecido que a los primeros sistemas, ya que han evolucionado a lo largo de los años para satisfacer las exigencias de las operaciones de fusión y las recientes legislaciones sobre el medio ambiente.

A partir de la fusión de las dos principales tecnologías de prensado de escoria, ALTEK ha desarrollado una máquina que enfrenta las debilidades y limitaciones de ambos sistemas. Estas mejoras permiten ahora el enfriamiento de una amplia variedad de escorias, tipos incluso escorias salinas de hornos rotativos. La generación más reciente de La Prensa de Escoria, tiene muchas nuevas características que proporcio- nan a sus usuarios mucho más versátil, fiable y fácil Esta solución ofrece la más alta recuperación en planta y mayores recuperaciones por el procesador secundario, que en comparación con tecnologías alternativas.

PRINCIPIO DE LA PRENSA DE ESCORIA Su principio se basa en el de que una fase líquida bajo presión se separarán de una fase sólida y el líquido fluirá a las áreas de menor presión. El sistema “La prensa de Escoria” consiste en un bastidor de acero, unidad hidráulica, un cabezal de prensado y un conjunto de charolas de escoria (5]. La escoria del horno es vaciada en las charolas de acero aleado, diseñadas para apagar y enfriar las escorias calientes y maximizar el drenado del metal libre. Posteriormente, las charolas son trasladadas a el bastidor de la prensa, el cabezal de presión comienza a bajar lentamente presionando la escoria caliente contra el molde de escoria, terminando con la acción de drenado.El metal drenado es la misma aleación como el del metal que es procesado en el horno, pudiendo ser cargada inmediatamente de nuevo en el horno si así se desea.

Fig. 1 Acción de prensado de la escoria por el cabezal contra el conjunto de charolas.

La Prensa de Escorias realiza dos operaciones importantes para las escorias que ningún otro sistema logra. En primer lugar, que se enfría las

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escorias para detener el proceso de oxidación y preserva las unidades de aluminio.Por otro lado, más importante aún, aglomera las finas gotas de aluminio que normalmente están dispersas en las escorias en grandes placas que son mucho más fáciles de separar del resto de óxido de la escoria enfriada.Estas acciones son únicas de la prensa y mejorando de forma significativa recuperación del metal en el óxido de aluminio, entre 5% al 10% más que cualquier otro proceso [ 3]Además, permite encapsular el óxido de las escorias haciéndolas fáciles de manipular en forma de un cápsula, evitando el polvo y humos.

Fig. 2 Aglomeración de las partículas de aluminio por la acción del prensado

La Evolución de la Prensa de Escorias La siguiente sección se describe los principales desarrollos realizados para subsanar las deficiencias y limitaciones de los sistemas anteriores.

Diseño para operar en el medio ambiente de una operación de Fusión

Una de las mayores deficiencias de los primeros sistemas prensa de escoria fue la construcción en general del bastidor y su la rigidez de su

estructura de acero. En equipos manufacturados posterior a la década de 1990, no habían sido diseñadas para resistir las fuerzas extremas internas, ejercidas por el sistema hidráulico.El contacto continuo con los montacargas, añade una posible falla prematura de algunos sistemas. Esto creo una percepción negativa que las prensas de escorias no son adaptas para los rudos tratos de una fundición.La diferencia más obvia cuando se comparan los antiguos sistemas con los sistemas de última generación es la construcción global y manufactura de alta calidad. Fue realizado un extenso análisis de elementos finitos de todos los componentes principales, dando lugar a un sistema más fuerte y robusto. Los componentes débiles o bien han sido sustituidos o eliminado del sistema que requiere un mantenimiento mínimo.

Fig. 3 Modelo posterior the la Prensa de Escorias de Aluminio

Este trabajo puso de manifiesto que la adecuación correcta de La Prensa es esencial para aprovechar al máximo las recuperaciones y garantizar así el éxito global del sistema.

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Existe una serie de variables que determinan el tamaño más adecuado prensa: generación de escorias por ciclo de horno, frecuencias de escoriado, alturas y anchos de hornos de puerta.

Esta información se recopilo a través de la información de un cliente potencial y la prensa más apropiada, seleccionados dentro de una serie de seis tipos de equipos y dieciséis charolas de escoria.

Fig. 4 El más reciente modelo de La Prensa de Escorias de Aluminio

CONTROLES AUTOMATICOS DE LA PRENSALa escoria es un sub-producto que por naturaleza no es manejado con cuidados extraordinarios u operaciones especiales en la Fundición.Si la tecnología del manejo y enfriamiento de escorias, es aceptada, no deberá de interferir con las operaciones diarias, ó sobrecargar de mayor trabajo, que el acostumbrado.Con los modelos antiguos, se requería que los operarios manipularan las charolas de escoria dentro del bastidor, adicionalmente la apertura y el cerrado de las puertas era manual, causando al operador actividades adicionales de realizar.Generando cierto rechazo por los operarios, por la realización de estos operaciones adicionales.

También se encontraron problemas, frecuentes con la adherencia de la escoria enfriada al cabezal de prensado, requiriendo del operador la remoción del material adherido, con herramientas adicionales. Todos estos hechos causaban distracciones de las operaciones diarias,

reduciendo de manera importante los beneficios de ls tecnología de prensado.La característica fundamental del nuevo sistema es su automatización ya que prácticamente no requiere la interacción del operador.Posterior a la operación del escoriado del horno y su deposición en las charolas, se colocan dentro del bastidor de la unidad, el sensor de posicionamiento detecta la presencia del conjunto de charolas acciona el sistema que; automáticamente cierra la puerta, iniciando la secuencia prensado.Una vez que la secuencia de prensado se complete, la puerta se abre de forma automática y el sistema de control notifica al operador se el ciclo se ha completado indicando que el s conjunto de charolas pueden ser retirados.

La capacidad de procesar todo tipo de Escorias

Anteriormente se han escrito varios trabajos en torno a las escorias de aluminio y su generación. [7] [ 8] [ 9].Las escorias son singulares en cada operación, siendo completamente diferentes, pero generalme-nte se clasifican en tres categorías, blancas, negras y salinas.Originalmente La Prensa ALTEK se ha desempeñado excelentemente con escorias blancas, pero los resultados son mixtos, especialmente con escorias calientes con termitación, este tipo de materiales se adaptan mejor para su recuperación por Enfriadores Rotarios y sistemas de enfriamiento con atmósfera de gas inerte.

La última generación La Prensa Altek tiene la capacidad de densificar todos los tipos de escorias. Se cuenta con diferentes cabezales con nervaduras poco profundas y con forma de cincel, adicionalmente se han diseñado, conjuntos de charolas de escorias para las aplicaciones más exigentes.La conjunción de estas tecnologías, aunado con el enfriamiento con aire forzado en el cabezal de enfriamiento, ha permitido manejar escorias salinas calientes, material proveniente de hornos rotatorios, permitiendo, un prensado y enfriamiento rápido.

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Fig. 5 Diferencia de escoria de Horno rotatorio antes y después de prensado

Protección al Medio AmbienteSin un adecuado enfriamiento, las escorias pueden generar grandes cantidades de polvos y humo, los cuales son perjudiciales a personal operario y al medio ambiente.A diferencia de muchas técnicas de enfriamiento, las escorias procesadas por el proceso de prensado no generan ni incrementa las emisiones. Comúnmente, las escorias continúan humeantes hasta el final del ciclo de presado (normalmente 5 minutos) hasta este momento la escoria ha sido enfriada lo suficientemente y encapsulado de óxido dentro de un exterior metálico.La última generación de la Prensa Altek está diseñada para cumplir con las regulaciones ambientales para todo el mundo. Siendo sistemas totalmente cerrados y de manera opcional se suministran con una pequeña campana filtro, diseñada para captar 99% de las emisiones. Por otra parte, El sistema puede ser conectado al sistema de control de humos existente.

Fig. 6 Filtro de humos y polvos para la prensa de escorias

Instalaciones, resultados y evaluaciones Económicas

Los siguientes casos de estudio y sus evaluaciones económicas se basan en el precio del metal de US$1,08 /lb y un cargo por procesamiento secundario de US$0,12 /lb. Para este ejercicio se supone que el valor del metal recuperado tiene el mismo valor que el material devuelto (RSI) del procesador secundario.

Caso de Estudio en una planta de Aluminio Primario

Para este caso de la planta de Aluminio Primario que produce aproximadamente 200 ton/mes de escorias. Se adiciona fundente al metal líquido en el horno. Antes de instalar la Prensa de Escorias, se observaban recuperaciones internas promedio del 3% y la recuperación secundaria obtenía el 35 %. Después de instalar una Prensa de Escorias Modelo 250-S las recuperaciones internas promediaron de un 8-12% y las recuperaciones secundarias reportaron en promedio promedio 40-42%.

Valor de metal de escorias antes de la instalación de la prensa:

Recuperación en planta:

440,000 lb x 3% x $1.08 = $14,256

Recuperación Secundaria:

Costo:426,800 lb x $0.12 = ($51,216)426,800 lb x 35% x $1.08 = $161,330Valor total del Mercado: $124,370

Valor de metal de escorias Posterior de la instalación de la prensa:

Recuperación en planta:440,000 lb x 10% x $1.08 = $47,520Recuperación Secundaria:TCosto:396,000 lb x $0.12 = ($47,520)396,000 lb x 41% x $1.08 = $175,348Valor total del Mercado: $175,349

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La instalación de esta prensa de escorias ha aumentado globalmente recuperación de aluminio y un 10% y al precio actual del aluminio ADICIONA un ahorro anual, a la operación de aproximada-mente de US $612.000. Adicionalmente condiciones de trabajo han sido mejoradas considerablemente con la eliminación de humos y polvo.

Caso de Estudio en una planta de Recuperación de Aluminio Secundario

La instalación produce aproximadamente 500 ton/mes de escoria. El cliente funde una gran variedad de chatarra de aluminio. Antes de instalar la prensa de escorias las recuperaciones en planta promediaron un 0% y las recuperaciones secundarias promediaron 25 %. Después de la instalación de una Prensa Altek 701-S las recuperaciones promediaron un 5-10% y la recuperación secundaria en un promedio 30-37 %.

Valor de metal de escorias antes de la instalación de la prensa:

Recuperación en planta:

1,100,000 lb x 0% x $1.08 = $0

Recuperación Secundaria:

Costo:1,100,000 lb x $0.12 = (132,000)1,100,000 lb x 25% x $1.08 = $297,000

Valor total del Mercado: $165,000

Valor de metal de escorias Posterior de la instalación de la prensa:

Recuperación en planta:1,100,000 lb x 7.5% x $1.08 = $89,100

Recuperación Secundaria:Costo:1,017,500 lb x $0.12 = ($122,100)1,017,500 lb x 33.5% x $1.08 = $368,132

Valor total del Mercado: $335,132

Esta instalación prensa de escorias ha aumentado globalmente las recuperaciones de metal por aproximadamente el 13% que equivale en ahorros anuales por encima de 2 millones de dólares.

Sumario

Las mermas metálicas son los costos más altos en los diferentes aspectos de los gastos de la operación de una fundición [10]. Estas pérdidas son asociadas por el proceso de fusión, por generación de escorias y se pasa por alto los contenidos de metal atrapados en las escorias.Cuando se realiza la limpieza del horno, las escorias puede contener hasta un 80% de aluminio, estando en función de la experiencia de los horneros, si esta operación se descuida, puede contribuir a incrementar la oxidación del metal, perdiéndose para siempre.A fin de preservar el contenido de metal atrapado en la escoria, es crucial enfriar la escoria tan pronto como sea posible después de su remoción del horno. No sólo se conserva el metal, evitando que se oxide, sino que también reduce las emisiones al medio ambiente como el polvo y homos.

La prensa de escorias ha evolucionado a lo largo de los años para satisfacer las exigencias de las fundiciones de aluminio. La prensa de escorias se ha demostrado en el medio, como la mejor tecnología disponible de reducir las pérdidas de metal en las escorias. De acuerdo a estudios se ha demostrado, que la prensa de escorias ayuda a aumentar significativamente la recuperación en planta y la recuperación secundaria de metal. La capacidad para poder enfriar rápidamente las escorias después de la limpieza de los hornos minimiza los efectos de las emisiones nocivas al medio ambiente.

Referencias1. Martin B Taylor, P. Eng. & Daniel Gagnon, P.Eng. “The Inert Gas Cooler (IGDC)” Light Metals 1995 ed. J.Evans, TMS (The Minerals, Metals & MaterialsSociety), 19952. Crane John J. ; McMahon J.Philip ; Spoel Han “MFS-15 Dross Cooler Installed at Alcan Aluminum Corporation, Oswego, New York” Light Metals 1985 TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 1985

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3. O.H. Perry, “The Development of the Modern Dross Press” Light Metals 2000, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 2000 [pp. 675-678].4. Kos, B., “Direct Dross Treatment by Centrifuging Hot dross”, Aluminium,76, 35, 2000.5. Herbert, J. Roth, D, Collins, M. (2007) “The Art ofDross Management – Maximizing Dross Values andMinimizing Dross Generation”, TMS 20086. David J. Roth & Andrew R. Beevis “Maximizing the Aluminum Recovered from Your Dross and Elimination of Any Waste Products in Dross Recycling” Light Metals 1995 ed. J. Evans, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 19957. Ray D. Peterson & Lee Newton “Review of Aluminum Dross Processing” Light Metals 2002, ed. Wolfgang Schneider, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 20028. Wesley Stevens, Gaston Riverin, Vincent Goutieres, Jean-Yves Fortin “Aluminium Malting and Dross Formation – A Historical and Modern Perspective of the Situation” ed. Paul N. Crepeau, TMS (The Mineral, Metals & Materials Society), 20039. Ray D. Peterson & Annette Revet “Dross Analysis Methods and Their Application for Evaluating Secondary Furnace Operations” ed. D.L. Stewart, Jr.,J.C. Daley and R.L. Stephens, Recycling of Metals and Engineered Materials, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 200010. D.L. Stewart “Commercial Scale Melt Testing” ed. D.L. Stewart, Jr., J.C. Daley and R.L. Stephens, Recycling of Metals and Engineered Materials, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 2000

8. Wesley Stevens, Gaston Riverin, Vincent Goutieres,Jean-Yves Fortin “Aluminum Melting and DrossFormation – A Historical and Modern Perspective of theSituation” ed. Paul N. Crepeau, TMS (The Mineral,Metals & Materials Society), 20039. Ray D. Peterson & Annette Revet “Dross AnalysisMethods and Their Application for EvaluatingSecondary Furnace Operations” ed. D.L. Stewart, Jr.,J.C. Daley and R.L. Stephens, Recycling of Metals and

Engineered Materials, TMS (The Minerals, Metals &Materials Society), 200010. D.L. Stewart “Commercial Scale Melt Testing” ed. D.L.Stewart, Jr., J.C. Daley and R.L. Stephens, Recycling ofMetals and Engineered Materials, TMS (The Minerals,Metals & Materials Society), 2000