mejores tÉcnicas disponibles y mejores practicas
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MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES Y MEJORES PRACTICAS AMBIENTALES EN LAS INDUSTRIAS METALÚRGICAS DE ALUMINIO Y COBRE.
TABLA DE CONTENIDO MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES Y MEJORES PRACTICAS AMBIENTALES EN LAS INDUSTRIAS
METALÚRGICAS DE ALUMINIO Y COBRE. ........................................................................................... 1
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................................. 7
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................................................... 8
Introducción ........................................................................................................................................... 9
1. Generalidades del proceso productivo de metales no ferrosos .......................................................... 11
1.1 Primaria ............................................................................................................................... 12
1.2 Secundaria .......................................................................................................................... 12
2. Producción del aluminio ................................................................................................................ 13
2.1 Producción primaria de aluminio ............................................................................................ 13
2.1.1 Etapa 1: Producción de alúmina a partir de la Bauxita ......................................................... 13
2.1.1.1 Proceso de Le Chatelier ............................................................................................ 13
2.1.1.2 Proceso Bayer. ........................................................................................................ 14
2.1.2 Etapa 2: Producción de aluminio primario a partir de alúmina .............................................. 15
2.1.2.1 Tratamiento del metal fundido.................................................................................... 16
2.1.2.2 Colado .................................................................................................................... 16
2.1.3 Emisión de contaminantes en la producción primaria de aluminio ......................................... 18
2.1.3.1 Emisiones ................................................................................................................ 18
2.1.3.2 Vertimientos ............................................................................................................. 19
2.1.3.3 Residuos solidos ...................................................................................................... 19
2.1.4 Situación nacional de la producción primaria de aluminio ..................................................... 20
2.2 Producción secundaria de aluminio ........................................................................................ 20
2.2.1 Pretratamiento ..................................................................................................................... 21
2.2.2 Fundición ......................................................................................................................... 22
2
2.2.2.1 Fundentes ............................................................................................................... 26
2.2.3 Afinado y colada ............................................................................................................... 26
2.2.4 Emisiones en la producción secundaria de aluminio ............................................................ 26
2.2.4.1 Emisiones ................................................................................................................ 27
2.2.4.1.1 Polvos y metales. ................................................................................................ 28
2.2.4.1.2 Compuestos orgánicos PCCD/F. ........................................................................... 28
2.2.4.1.3 Dióxidos de azufre y óxidos de nitrógeno. .............................................................. 29
2.2.4.1.4 HF, HCl y cloruros. .............................................................................................. 29
2.2.4.2 Vertimientos ............................................................................................................. 30
2.2.4.3 Residuos solidos ...................................................................................................... 30
2.2.4.3.1 Espumas y escorias de sal ................................................................................... 31
2.2.4.3.1.1 Recuperación de la escoria de sal .................................................................. 32
2.2.4.3.1.2 Filtros gastados y filtros de polvo. ................................................................... 33
2.2.4.3.1.3 Revestimientos del horno. .............................................................................. 33
2.3 Situación nacional en la producción secundaria del aluminio .................................................... 33
2.3.1 Área Metropolitana del Valle de Aburrá – AMVA ..................................................................... 35
2.3.1.1 Empresa Número 1 .................................................................................................. 35
2.3.1.2 Empresa Número 2 .................................................................................................. 35
2.31.1.3 Empresa Número 3 .................................................................................................. 35
2.3.2 Corporación Autónoma regional del Valle del Cauca - CVC .................................................. 36
2.3.2.1 Empresa Número 1 (Instalaciones en CVC) ................................................................ 36
2.3.2.2 Empresa Número 2 .................................................................................................. 36
2.3.3 Corporación Autónoma Regional de Risaralda – CARDER ................................................... 36
2.3.3.1 Empresa Número 1 .................................................................................................. 36
2.3.4 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR .................................................. 36
2.3.4.1 Empresa Número 1 .................................................................................................. 37
2.3.5 Corporación Autónoma Regional de las Cuencas de los Ríos Negro y Nare-CORNARE ......... 37
2.3.5.1 Empresa Número 1................................................................................................... 37
2.4 Legislación Nacional. ............................................................................................................ 37
3 Producción de cobre ..................................................................................................................... 37
3.1 Producción primaria del cobre ............................................................................................... 38
3.1.1 Pirometalurgia .................................................................................................................. 38
3.1.1.1 Fundido y tostado ..................................................................................................... 40
3
3.1.1.2 Conversión .............................................................................................................. 41
3.1.1.2.1 Proceso convencional de conversión de mata de cobre .......................................... 41
3.1.1.2.2 Proceso de trasformación continua de mata de cobre ............................................. 42
3.1.1.3 Refinado térmico, refinado electrolítico, fundido y colada. ............................................ 42
3.1.2 Hidrometalurgia. ............................................................................................................... 42
3.1.2.1 Triturado .................................................................................................................. 44
3.1.2.2 Lixiviación en bateas................................................................................................. 44
3.1.2.3 Pozo de solución enriquecida y extracción del solvente. .............................................. 44
3.1.2.4 Decapado. ............................................................................................................... 44
3.1.2.5 Electrodeposición ..................................................................................................... 44
3.1.3 Emisiones de contaminantes al ambiente en la producción primaria de cobre ........................ 44
3.1.3.1 Emisiones ................................................................................................................ 45
3.1.3.1.1 Dióxido sulfúrico .................................................................................................. 46
3.1.3.1.2 Polvos ................................................................................................................ 46
3.1.3.2 Vertimientos ............................................................................................................. 46
3.1.4 Situación nacional de la producción primaria de cobre ......................................................... 46
3.2 Producción secundaria de cobre ............................................................................................ 46
3.2.1 Etapas de la producción secundaria de Cobre .................................................................... 47
3.2.1.1 Fundido bajo condiciones de reducción ...................................................................... 48
3.2.1.2 Procesos de conversión ............................................................................................ 49
3.2.1.3 Refinación térmica. ................................................................................................... 49
3.2.1.4 Refinación electrolítica. ............................................................................................. 49
3.2.1.5 Fundición ................................................................................................................. 49
3.2.1.6 Colado .................................................................................................................... 50
3.2.1.6.1 Producción de lingotes de cobre y sus aleaciones. ................................................. 50
3.2.1.6.1.1 Aleaciones maestras ..................................................................................... 50
3.2.2 Emisiones de contaminantes al ambiente de la producción secundaria de cobre. ................... 50
3.2.2.1 Emisiones ................................................................................................................ 51
3.2.2.1.1 Óxidos de nitrógeno. ............................................................................................ 52
3.2.2.1.2 Monóxido de carbono ........................................................................................... 53
3.2.2.1.3 Compuestos metálicos y polvo .............................................................................. 53
3.2.2.1.4 Compuestos carbono orgánico.............................................................................. 54
3.2.2.1.5 PCDD/F .............................................................................................................. 54
4
3.2.2.1.6 Dióxido sulfúrico .................................................................................................. 54
3.2.2.2 Vertimientos ............................................................................................................. 55
3.2.2.2.1 Solidos suspendidos y compuestos metálicos ........................................................ 56
3.2.2.2.2 Aceite ................................................................................................................. 56
3.2.2.3 Residuos solidos ...................................................................................................... 56
3.2.3 Situación nacional en la producción secundaria del cobre .................................................... 58
3.2.3.1 Área Metropolitana del Valle de Aburrá – AMVA. ......................................................... 59
3.2.3.1.1 Empresa número 1 .............................................................................................. 59
3.2.3.1.2 Empresa número 2 .............................................................................................. 59
3.2.3.2 Corporación autónoma regional del Valle del Cauca .................................................... 59
3.2.3.2.1 Empresa Número 1 .............................................................................................. 59
3.2.3.3 Corporación Autónoma Regional – CAR. Departamento de Cundinamarca. ................... 60
3.2.3.3.1 Empresa Número 1 .............................................................................................. 60
3.3 Legislación nacional ............................................................................................................. 60
4 Mejores técnicas disponibles y Buenas Prácticas Ambientales. ........................................................ 61
4.1 Mejores técnicas disponibles y buenas practicas ambientales generales ................................... 62
4.1.1 Emisiones difusas ............................................................................................................ 62
4.1.1.1 Técnicas generales para prevenir emisiones difusas del material en el proceso de
almacenamiento, manejo y transporte ........................................................................................ 62
4.1.1.2 Técnicas generales para prevenir emisiones difusas por el pretratamiento de chatarra ... 65
4.1.1.2.1 Técnicas para el pretratamiento de metales no ferrosos. ......................................... 65
4.1.1.3 Técnicas generales para reducir emisiones difusas y recolección de gases de los procesos
de producción de metal ............................................................................................................. 66
4.1.2 Emisiones puntuales ......................................................................................................... 68
4.1.2.1 Técnicas generales para reducir emisiones de polvos y metales. .................................. 68
4.1.2.1.1 Precipitador electrostático..................................................................................... 68
4.1.2.1.2 Precipitador electrostático húmedo ........................................................................ 70
4.1.2.1.3 Ciclones.............................................................................................................. 70
4.1.2.1.4 Filtros de manga .................................................................................................. 71
4.1.2.1.5 Filtros de cerámica .............................................................................................. 74
4.1.2.2 Técnicas generales para reducir las emisiones de compuestos gaseosos ..................... 75
4.1.2.2.1 Posquemadores/cámaras de posquemado............................................................. 75
4.1.2.2.2 Depurador húmedo .............................................................................................. 76
4.1.2.2.3 Depurador seco y semiseco. ................................................................................. 76
5
4.1.2.2.4 Sistemas de recuperación de gas.......................................................................... 77
4.1.2.2.5 Oxicombustión .................................................................................................... 78
4.1.2.2.6 Remoción de hidrocarburos y VOC´s ..................................................................... 78
4.1.2.3 Técnicas generales para reducir emisiones de dioxinas y furanos (PCDD/F) ................. 79
4.1.2.4 Técnicas generales para reducir emisiones de dióxido de azufre .................................. 80
4.1.2.4.1 Doble contacto/doble absorción de las plantas de ácido sulfúrico operando bajo
condiciones variables de gas ................................................................................................. 80
4.1.2.4.2 Producción de dióxido de azufre líquido a partir de gases con un elevado contenido de
SO2. 81
4.1.2.4.3 Sistemas desulfuración en gases con bajo contenido de so2 ................................... 81
4.1.2.5 Técnicas para reducir emisiones de mercurio. ............................................................. 82
4.2 Mejores Técnicas disponibles y buenas prácticas ambientales primarias y secundarias .............. 83
4.2.1 Aluminio primario. ............................................................................................................. 84
4.2.1.1 Mejores técnicas primarias. ....................................................................................... 84
4.2.1.1.1 Técnicas para reducir las emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de
materiales primarias usados para la producción de aluminio..................................................... 84
4.2.1.2 Mejores técnicas secundarias. ................................................................................... 84
4.2.1.2.1 Técnica para reducir polvo y fluoruros de las celdas de gas. .................................... 84
4.2.1.2.2 Técnica para prevenir emisiones de so2 de las celdas de gas. ................................ 85
4.2.1.2.3 Técnica para reducir emisiones de SO2 de las celdas de gas en el proceso de
electrolisis. 85
4.2.1.2.4 Técnica para reducir emisiones del fundido, refinado y colado del metal. .................. 86
4.2.2 Aluminio secundario ......................................................................................................... 86
4.2.2.1 Mejores técnicas primarias. ....................................................................................... 86
4.2.2.1.1 Técnica para reducir emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de materia
prima para la producción secundaria de aluminio. ................................................................... 86
4.2.2.1.2 Técnicas para separar componentes no metálicos y metales diferentes al aluminio y
reducción de su tamaño previo a la etapa de fundido. .............................................................. 87
4.2.2.1.3 Técnicas para remover aceites y compuestos orgánicos de las virutas previo al proceso
de fundido. 87
4.2.2.1.4 Selección del horno apropiado para el proceso de fundido. ..................................... 88
4.2.2.2 Mejores técnicas secundarias. ................................................................................... 92
4.2.2.2.1 Técnicas para reducir las emisiones difusas al aire del proceso de fundición de aluminio
secundario. .......................................................................................................................... 92
4.2.2.2.2 Técnicas para reducir las emisiones de polvo al aire del proceso de fundido. ............ 92
6
4.2.2.2.3 Técnicas para reducir las emisiones al aire de carbono orgánico del proceso de
fundido. 93
4.2.2.2.4 Técnicas para reducir las emisiones al aire de gases ácidos y compuestos orgánico,
incluyendo PCDD/F. ............................................................................................................. 94
4.2.2.2.5 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones al aire del tratamiento del metal fundido
en la producción secundaria de aluminio. ............................................................................... 95
4.2.2.2.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del refundido. ....................................... 96
4.2.2.2.7 Técnicas para prevenir y reducir emisiones al aire de escorias y virutas. .................. 96
4.2.3 Cobre primario. ................................................................................................................ 97
4.2.3.1 Mejores técnicas primarias. ....................................................................................... 97
4.2.3.1.1 Técnicas para reducir emisiones difusas de la recepción, almacenamiento y manejo de
materiales para la producción primaria y secundaria de cobre .................................................. 97
4.2.3.1.2 Técnicas para reducir emisiones difusas del transporte de material fino. ................... 97
4.2.3.1.3 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de la carga de hornos y convertidores en la
producción primaria y secundaria de cobre. ............................................................................ 98
4.2.3.1.4 Técnicas para reducir las emisiones del secado de concentrados y materiales
secundarios. ........................................................................................................................ 99
4.2.3.2 Mejores técnicas secundarias. ................................................................................. 100
4.2.3.2.1 Técnica para reducir las emisiones primarias del tostado del concentrado. ............. 100
4.2.3.2.2 Técnica para la prevención y reducción de emisiones al aire de hornos de fundido en la
producción primaria de cobre. ............................................................................................. 101
4.2.3.2.3 Técnica para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido. ................. 104
4.2.3.2.4 Recolección centralizada y sistemas de tratamiento de emisiones de hornos y
dispositivos auxiliares en la producción primaria de cobre. ..................................................... 105
4.2.4 Cobre secundario. .......................................................................................................... 105
4.2.4.1 Mejores técnicas primarias. ..................................................................................... 105
4.2.4.1.1 Técnicas para reducir emisiones difusas del transporte de material fino. ................. 105
4.2.4.1.2 Técnicas para reducir emisiones difusas de la recepción, almacenamiento y manejo de
materiales para la producción primaria y secundaria de aluminio. ........................................... 105
4.2.4.1.3 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del pretratamiento de materiales
secundarios como doblado, secado, homogenización, cubierta y peletizado. ........................... 105
4.2.4.1.4 Técnicas para remover el aceite del material de alimentación previo al proceso de
fundido. 107
4.2.4.1.5 Técnicas para reducir las emisiones del secado del concentrado y material de
alimentación. ..................................................................................................................... 107
4.2.4.1.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de la carga de hornos y convertidores en la
producción primaria y secundaria de cobre. .......................................................................... 107
7
4.2.4.2 Mejores técnicas secundarias. ................................................................................. 108
4.2.4.2.1 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido y refinación térmica en un
horno. 108
4.2.4.2.2 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido/colado de ánodos. ............. 108
4.2.4.2.3 Electrolisis optimizada ........................................................................................ 109
4.2.4.2.4 Remoción de dióxidos de gases con una concentración baja de SO2. .................... 110
4.2.4.2.5 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones del aire a partir del fundido ............. 112
4.2.4.2.5.1 Reducción de emisiones de PCDD/F usando sistemas de medida y control en la
producción secundaria de cobre. ..................................................................................... 113
4.2.4.2.5.2 Reducción de emisiones de hornos mediante el uso de un posquemador
regenerativo. 114
4.2.4.2.5.3 Reducción de emisiones de NOx mediante sistemas de medida y control en la
producción secundaria de cobre. ..................................................................................... 115
4.2.4.2.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de conservación en la
producción secundaria de cobre. ......................................................................................... 116
4.2.4.2.7 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido ................. 116
4.2.4.2.8 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los dispositivos auxiliares. ............... 117
4.2.4.2.9 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones de escorias ricas en cobre en el
tratamiento mediante horno eléctrico. ................................................................................... 118
4.2.4.2.10 Técnica para prevenir y reducir las emisiones del procesamiento de escoria rica en
cobre en el enfriado rápido, triturado, molido y flotación. ........................................................ 119
4.2.4.2.11 Técnica para prevenir y reducir emisiones de la extracción de solventes en la
producción hidrometalurgia a partir de concentrados o materiales secundarios ........................ 120
Glosario............................................................................................................................................. 121
A. Prefijos de unidades ............................................................................................................... 122
B. Lista de siglas ........................................................................................................................ 122
C. Unidades y medidas ............................................................................................................... 123
D. Elementos químicos ............................................................................................................... 125
E. Formulas químicas ................................................................................................................. 125
Referencias ....................................................................................................................................... 126
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Proceso primario obtención alúmina (Al2O3). (AL Input, 2008) .................................... 17
Ilustración 2. Entradas y salidas en el proceso primario de producción de aluminio ......................... 18
Ilustración 3. Proceso secundario obtención de aluminio. (Al Input, 2008) ........................................ 21
Ilustración 4. Proceso secundario de fundición/refinación del aluminio, fuente: (EPA 1994) ............. 22
8
Ilustración 5. Entradas y salidas de la producción secundaria de aluminio, fuente: (Al input,2008) .. 27
Ilustración 6. Proceso de recuperación de escorias, Fuente: (Al input, 2008) ................................... 31
Ilustración 7. Variación anual de la producción secundaria estimada de aluminio en Colombia. años
2003-2015, fuente (EAM,2016) .......................................................................................................... 34
Ilustración 8. Proceso de producción primaria de cobre, fuente (UBA, 2004) .................................... 40
Ilustración 9. Proceso hidrometalúrgico en la producción de cobre, fuente: (Riekkola-Vanhanen.M,
1999) .................................................................................................................................................. 43
Ilustración 10. Entradas y salidas del fundido primario de cobre, fuente:(UBA,2007) ........................ 45
Ilustración 11. Proceso de fundido cobre secundario, entradas y tecnología empleada, fuente:
(Traulsen.H,1998) .............................................................................................................................. 48
Ilustración 12. Ilustración 12. Proceso de producción secundario de cobre, entradas y salidas, fuente:
(UBA,2007) ........................................................................................................................................ 51
Ilustración 13. Variación anual de la producción secundaria estimada de cobre en Colombia. años:
2003-2015. Fuente EAM. DANE. ....................................................................................................... 58
Ilustración 14. Sistema adaptado captura de gases .......................................................................... 66
Ilustración 15. Sistema de sellado de horno. ..................................................................................... 67
Ilustración 16. Sistema de recolección terciario ................................................................................. 68
Ilustración 17. Precipitador electrostático, fuente: (GEA, 2018) ......................................................... 69
Ilustración 18. Precipitador electrostático húmedo, fuente (GEA,2018) ............................................. 70
Ilustración 19. Ciclón, fuente (Ubilla.T,2014) ..................................................................................... 71
Ilustración 20. Filtro de manga, Fuente. (Lurgi,A.G. et. al. 1991) ....................................................... 72
Ilustración 21. Sistema de limpieza de filtros por pulsaciones. Fuente: (Lurgi, A.G. et. al. 1991) ...... 73
Ilustración 22. Diagrama de flujo de un tostador junto con un sistema de tratamiento de gases. .... 101
Ilustración 23. Sistema de captura terciario, fuente (Copper subgroup, 2012) ................................ 102
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Composición de la bauxita _________________________________________________ 13
Tabla 2. Márgenes de entrada para la producción de alúmina, fuente: Al input 2008 ___________ 17
Tabla 3. Emisiones de una producción de aluminio mediante el uso de ánodos. Fuente Al input 2008
_____________________________________________________________________________ 19
Tabla 4. Cantidad de residuos generados de la producción primaria de aluminio. ______________ 19
TABLA 5. Parámetros hornos de fundición Aluminio, Fuente: (VDI,2008), (OEA,2012) ___________ 25
Tabla 6. Emisiones potenciales al aire producción secundaria de aluminio, fuente: (nordheim e,
1998) _________________________________________________________________________ 28
Tabla 8. Emisiones de NOx (medido como NO2) de la producción secundaria de aluminio, fuente:
(EAA, OEA, 2012) _______________________________________________________________ 29
Tabla 9. Emisiones de HCL, CL2 y HF en la producción secundaria de aluminio. Fuente (EAA, OEA,
2012) _________________________________________________________________________ 29
Tabla 10. Residuos generados en el proceso de producción secundaria de aluminio, Fuente (Boin, U
et al, 1998), (UBA,2007), (Winter, 2007) ______________________________________________ 31
Tabla 11. Composición típica de la escoria de sal. Fuente: (Tsakiridis, 2012) _________________ 31
9
Tabla 12. Composición promedio de la porción no metálica de escoria de sal, Fuente: (272, Al Input,
2008) _________________________________________________________________________ 32
Tabla 13. Composición típica de los filtros de polvo gastados, fuente: (BOIN, U. Et al, 1998) _____ 33
Tabla 14. Estándares de emisión admisibles de contaminantes, aluminio, Resolución 909. ______ 37
Tabla 17. Potenciales emisiones al aire de la producción de cobre, fuente: (Cusano et Al., 2017) _ 52
Tabla 18. Principales compuestos en polvos de procesos metalúrgicos de Cobre. Fuente: (Traulsen,
H. 1999) ______________________________________________________________________ 54
Tabla 19. Emisiones potenciales al agua en procesos de producción de Cobre _______________ 55
Tabla 20. Concentraciones anuales de los principales compuestos de agua residual sin tratamiento
de una planta fundidora de cobre, Fuente: (UBA(A), 2007) _______________________________ 56
Tabla 21. Residuos de la producción de cobre, fuente: (Eurometaux,1998)___________________ 58
Tabla 21. Estándares de emisión admisibles de contaminantes, Cobre, Resolución 909. ________ 60
Tabla 22. Estándares de Calidad de Aire, Resolución 610 y Resolución 2254. ________________ 61
Tabla 22. Comparación entre diferentes sistemas de filtros. Fuente: ( Elkem Asa, 1998) ________ 74
TABLA 23.Ventajas y desventajas de los diferentes hornos de fundición secundaria ____________ 91
Tabla 24. Tabla de prefijos de unidades. ____________________________________________ 122
Tabla 25.Tabla de lista de siglas___________________________________________________ 123
Tabla 26. Lista de unidades y medidas ______________________________________________ 125
Tabla 27. Lista de elementos químicos. _____________________________________________ 125
Tabla 28. Formulas químicas. _____________________________________________________ 126
Introducción El consumo mundial de metales está liderado por el hierro, en segundo lugar, el aluminio y seguido de
cerca por el cobre (Boin U. M. J., 2009). En Colombia el sector metalúrgico totalizo el 17.7% de la
producción real nacional, siendo una de las bases del actual desarrollo industrial colombiano (Almanza
Et al, 2008). La industria secundaria de los metales es sustentable, ya que los metales son
infinitamente reciclables y la estructura atómica del cobre y aluminio no es alterada durante el proceso
de fundición por lo que es posible su reciclaje por completo sin que exista pérdida de calidad o valor
económico, así mismo el gasto energético para la producción de aluminio en un proceso secundario
representa el 5% de la energía total requerida para una producción primaria (EAA, 2004).
En el desarrollo del proyecto “Reducción de las liberaciones de los COP no intencionales y mercurio
provenientes de la gestión de residuos hospitalarios, RAEE, procesamiento de chatarra metálica y
quemas de biomasa COL 98842/94749” el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible realizó un
diagnóstico de las industrias metalúrgicas secundarias de Aluminio y Cobre en Colombia, teniendo en
cuenta el tipo de producción empleada, el tipo de horno, materia prima y calidad de la materia prima;
esto debido a que la producción de metales no férreos, y en particular la producción de estos metales,
es una fuente potencial de contaminantes y en el proceso de refundido de chatarra se pueden generar
COP no intencionales2 (MINER, 2019).
2 Dibenzo-p-dioxinas policloradas-PCDD, Dibenzofuranos policlorados-PCDF, Bifenilos policlorados-PCB, Hexaclorobenceno-HCB, Hexaclorobutadieno-HCBD, Naftalenos policlorados y Pentaclorobenceno-PeCB
10
Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) son compuestos orgánicos que poseen cuatro
características (PNUD, 2012):
1. Persistentes, en otras palabras, tardan años o décadas en degradarse en formas menos
peligrosas.
2. Viajan por todo el mundo a través del aire, agua y especies migratorias.
3. Tienen la capacidad de acumularse en las partes grasas y fracciones acuosas de los
organismos vivos y sus concentraciones se magnifican a través de las cadenas alimentarias.
4. Poseen un alto grado de toxicidad
Debido al riesgo que representan a la salud y al ambiente estos contaminantes, el 22 de mayo de 2001
Colombia suscribió el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes COP y se
ratificó mediante la ley 1196 de 2008 (UNEP, 2017).
Para dar cumplimiento el Convenio el país formula y actualiza el Plan Nacional De Implementación
Del Convenio De Estocolmo Sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes, el cual busca crear
sinergias entre los diferentes actores para dar cumplimiento al país frente a las responsabilidades
asumidas. Este plan trabaja en cuatro líneas estratégicas: Plan de acción para plaguicidas COP3, plan
de acción para PCB4, plan de acción para COP no intencionales5 y plan de acción para COP de uso
industrial6.
El plan de acción para COP no intencionales tiene como objetivo general: Prevenir, controlar y reducir
las emisiones de COP no intencionales en el país a través del desarrollo de una política y un marco
normativo acorde a las necesidades identificadas, así como como la implementación de Mejores
Prácticas Ambientales (MPA) y Mejores Técnicas Disponibles (MTD), un mejoramiento en la gestión
integral de residuos y la toma de conciencia y educación por parte de todos los actores involucrados,
teniendo como responsable directo de cumplimiento Ministerio de Ambiente y Desarrollo sostenible.
(PNI, 2017)
Las MTD son aquellas aplicadas al proceso de producción, técnicamente relevantes por su eficacia,
comercialmente disponibles y que se pueden encontrar tanto en instalaciones presentes como futuras,
se caracterizan por: generar pocos residuos, usar sustancias menos peligrosas, fomentar la
recuperación, reducir el uso de materias primas, aumentar la eficacia del consumo de energía, prevenir
o reducir al mínimo el impacto global de las emisiones y los riesgos para el medio ambiente, disminuir
el riesgo de accidentes y reducir sus consecuencias para el medio ambiente (IPPC, 2010). Las MPA
se basan en la realización de una serie de acciones cuya finalidad es la mejora del medio ambiente
3 Aldrina o aldrín, dieldrina o dieldrín, endrina o endrín, clordano, heptacloro, mírex, toxafeno o canfencloro, alfa-hexaclorociclohexano, beta hexaclorociclohexano, lindano, clordecona, endosulfan, pentaclorofenol y sus sales y esteres, hexaclorobenceno(HCB), pentaclorobenceno PeCB y DDT y PFOS como sulfluramida. 4 Bifenilos policlorados. 5 Dibenzo-p-dioxinas policloradas-PCDD, Dibenzofuranos policlorados-PCDF, Bifenilos policlorados-PCB, Hexaclorobenceno-HCB, Hexaclorobutadieno-HCBD, Naftalenos policlorados y Pentaclorobenceno-PeCB Hexabromobifenilo (HBB), éter de tetrabromodifenilo (tetraBDE) y éter de heptabromodifenilo(heptaBDE)(c-octa-BDE), Hexabromocyclododecano(HBCD), naftalenos policlorados, hexaclorobutadieno (HCBD), pentaclorobenceno (PeCB), hexaclorobenceno (HCB), acidoperfluorooctano sulfonico (PFOS), sus sales y floruro de perfluorooctano sulfonico (PFOSF).
11
en el lugar de trabajo, reduciendo las pérdidas sistemáticas o accidentales de materiales, en forma de
contaminantes ya sean residuos, emisiones o vertimientos (IPPC, 2010).
Con el fin de dar cumplimiento a esta actividad se desarrollará el presente trabajo de grado mediante
la modalidad pasantía, el cual tiene como objetivo principal generar un “Diagnóstico de las Mejores
Técnicas Disponibles y Mejores Prácticas Ambientales en la industria metalúrgica del cobre y aluminio
en Colombia”
En este documento se recopila información sobre el proceso productivo del cobre y el aluminio a nivel
internacional, también se muestra el estado de la industria con información de expedientes
encontrados en las instalaciones de las autoridades ambientales y visitas de campo, adicionalmente
expone de manera general las etapas del proceso productivo, la problemática ambiental y las
correspondientes afectaciones en la producción de aluminio y cobre a partir de la fundición de chatarra.
Así como presentar las MTD y MPA que se pueden aplicar en el sector buscando disminuir la
generación de contaminantes entre los cuales se encuentran los
COP no intencionales y así mejorar la competitividad de las empresas y dar cumplimiento al Convenio
de Estocolmo.
1. Generalidades del proceso productivo de metales no ferrosos
La producción de aluminio y cobre se da gracias al proceso de metalurgia la cual es la ciencia y
tecnología que estudia la producción primaria y secundaria de los metales, incluida su extracción a
partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras,
propiedades y aleaciones (Universidad Santiago de Chile, 2003).
El proceso comprende la obtención de metal, la fabricación de artículos laminados en caliente como
barras, varillas, láminas, alambrón, entre otros, estos productos son obtenidos a partir de procesos de
fundición, laminación y forjado, los cuales se describen a continuación (Universidad Santiago de Chile,
2003):
Fundición: es el derretido y colado de los metales u otros cuerpos solidos con el fin de
formarlo a necesidad mediante el empleo de un molde (Escuela Colombiana de ingenieria.,
2008).
Laminación: proceso de deformación donde el metal pasa entre dos rodillos y se comprime
mediante fuerzas de compresión (ECCI, 2019).
Forjado: proceso de conformación de piezas mediante la aplicación de fuerzas de compresión
unidireccionales, empleando diversos métodos, dados, matrices y herramientas. A diferencia
de las operaciones de lamido que producen placas, laminas, soleras o diferentes perfiles, las
operaciones de forjado producen piezas discretas (Universidad Autonoma del estado de
Hidalgo, 2013).
El proceso de metalurgia se caracteriza por tener altos costos fijos que se traducen en altas economías
de escala, alta intensidad en capital requerimientos de personal con alto nivel de calificación e impacto
ambiental significativo debido al proceso (DNP, 2004). Este proceso se puede dividir en dos:
producción primaria o secundaria.
12
1.1 Primaria
La producción primaria de metales abarca las actividades de fundición y refinado de metales no férreos
obtenidos a partir de extracción de metales en procesos de minería utilizando técnicas metalúrgicas,
también comprende la producción de aleaciones metálicas y de súper aleaciones mediante la adición
de determinados elementos químicos a metales puros (MINER, 2019).
El resultado de la fundición y del refinado, normalmente son lingotes, los cuales se utilizan en
operaciones de trefilado, laminado y extrusión para fabricar productos tales como placas, láminas,
tiras, barras, entre otros (Organizacion internacional del trabajo, 2019).
1.2 Secundaria
La producción secundaria se basa en la recuperación de metales por medio del reciclaje directo7 o
indirecto8. Este proceso es de vital importancia debido a que genera diversos beneficios entre los
cuales destacan (Ingeoexpert, 2017).
Materiales para industria primaria limitados y no renovables: la tierra es un sistema cerrado con cantidad de estos materiales limitada, el uso de este proceso ayuda a alargar la vida de las reservas de metales.
Ahorro de energía: el reciclado de metales representa un ahorro energético de aproximadamente 95% en el aluminio, 85% en el cobre, 70% en el zinc y 60% en el plomo.
Dependencia del exterior: los países dependen en mayor o menor medida de la importación de materiales minerales, esto tiene gran importancia en el caso de metales estratégicos, por lo que, desde un punto económico y geopolítico, entre menos dependencia del exterior habrá mayor beneficio económico.
Disminución metalurgia primaria: la metalurgia primaria es un proceso de elevado consumo energético, aumentando los gastos de transporte, con presencia de materiales que poseen 30% al 40% de material inerte, en el caso de aluminio hasta el 80%, por lo cual genera grandes cantidades de residuos peligrosos. Como ejemplo se puede citar el caso del mineral con platino y paladio que se produce en la mina de Stillwater (Montana, Estados Unidos), que debe ser transportado, desde su lugar de extracción, hasta Bélgica, donde se lleva a cabo su transformación.
Impacto ambiental: La extracción de menas genera elevados daños al ambiente lo cual ha llevado al endurecimiento de la legislación. El reciclado junto con plantas de adecuada tecnología de producción secundaria y tratamientos adecuados reducirían los impactos comparado a una producción metalúrgica primaria.
A continuación, se presenta el proceso productivo de aluminio, cobre y se presentan las MTD y MPA
para cada proceso.
7 Reciclado donde los materiales recuperados no sufren alteraciones importantes en su estado físico, químico o biológico 8 Reciclado donde los materiales recuperados se someten a una transformación que permite su utilización de forma distinta a la original.
13
2. Producción del aluminio
El aluminio es el tercer elemento más abundante de la tierra, constituyendo aproximadamente el 8%
de su corteza, en la naturaleza solo es encontrado en combinación con otros materiales. Su símbolo
es Al, numero atómico 13, punto de fusión 660,32°C, punto de ebullición 2517°C y densidad 2.70
g/cm3 a 20°C. (Universidad de Salamanca, 2010).
Es un material con gran variedad de aplicaciones como transporte, construcción y embalaje,
adicionalmente se encuentra en el sector eléctrico, doméstico, mecánico y agrícola; sus propiedades
químicas lo hacen un metal liviano, buen conductor eléctrico y resistente a la corrosión; es altamente
reactivo en la forma de polvo por lo cual es usado en reacciones aluminotérmicas para la producción
de otros metales (Cusano et Al, 2017).
Actualmente, es el segundo metal más importante en la industria del reciclaje, puesto que sus
desechos tienen un elevado valor económico en el mercado, y tan solo se necesita el 5% de la energía
total para la producción primaria para su refundido. Además, este elemento tiene la ventaja de que su
estructura atómica no es alterada durante el proceso de refundido, por lo que es posible reciclarlo por
completo sin que exista pérdida de calidad o de valor económico (EAA, 2004).
A continuación, se describen los procesos de producción primaria y secundario del aluminio.
2.1 Producción primaria de aluminio
El aluminio se produce a partir del óxido de aluminio también llamada alumina (HMIP, 1993) en dos
etapas de proceso a partir de la Bauxita. A continuación, se enuncian las etapas de producción de
aluminio a partir de bauxita.
2.1.1 Etapa 1: Producción de alúmina a partir de la Bauxita
El aluminio aparece en la naturaleza en forma de óxido de aluminio, y es extraído por procesos mineros, siendo el principal componente de la bauxita extraída, cuya composición se muestra en la Tabla 1.
Compuesto Porcentaje
Al2O3 64%
SiO2 6%
H2O 12% a 30%
Fe2O3 27%
TiO2 3%
TABLA 1. COMPOSICIÓN DE LA BAUXITA
El óxido de aluminio conocido como alúmina se separa de la bauxita mediante el proceso de Le
Chatelier y el proceso de Bayer los cuales se resumen a continuación.
2.1.1.1 Proceso de Le Chatelier
El procedimiento fue ampliamente usado antes del proceso de Bayer, durante este proceso se mezcla
bauxita con carbonato de sodio y se somete a un proceso de calcinación en horno a una temperatura
14
en el rango de 1000°C a 1100°C obteniendo así aluminato de sodio el cual se lixivia a 80°C obteniendo
así una solución de alúmina, que una vez saturada se precipita empleando dióxido de carbono
proveniente del horno (Universidad de Oviedo, 2017). Las formulas químicas del proceso son:
𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 3(𝐻2𝑂) + 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 → 2𝑁𝑎𝐴𝑙𝑂2 + 𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂(1000°𝐶 − 1200°𝐶)
ECUACIÓN 1. OBTENCIÓN ALUMINATO DE SODIO MEDIANTE PROCESO DE LE CHATELIER
2𝑁𝑎𝐴𝑙𝑂2(𝑎𝑐) + 𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂 → 𝑁𝑎2𝐶𝑂3(𝑎𝑐) + 𝐴𝑙2𝑂3 ∙ 3𝐻2𝑂[2𝐴𝑙(𝑂𝐻)3]
ECUACIÓN 2. OBTENCIÓN ALÚMINA MEDIANTE PROCESO DE LE CHATELIER.
El trihidrato filtrado se calcina con el óxido de aluminio en un horno rotativo a temperaturas de 1,000°C
a 1,200°C. El carbonato de sodio se concentra en los licores hasta que precipita la sal que para su
posterior aprovechamiento (Universidad de Oviedo, 2017).
2.1.1.2 Proceso Bayer.
Proceso establecido desde 1889 donde por medio del sometimiento de la bauxita a digestión acuosa
de sosa a altas temperaturas se genera alúmina, en la actualidad es el proceso más empleado
(Universidad de Oviedo, 2017).
El proceso de Bayer posee las siguientes etapas:
1. Molienda de la bauxita y preparación de la pulpa.
Recibida la bauxita se almacena en los parques para la homogenización, aquel material con bajo
contenido en agua se tritura hasta alcanzar tamaños menores a 1cm. Luego pasa a los molinos de
bolas y barras donde se lleva a cabo la molienda con el licor gastado, obteniéndose una pulpa de 2mm
a 300μm. Esta pulpa se lleva a unos tanques de retención donde se homogeniza y se mantiene caliente
y en suspensión mediante la inyección de vapor. En esta etapa se elimina la sílice soluble 9, para su
posterior paso al proceso de digestión (Universidad de Oviedo, 2017).
2. Digestión de la pulpa y aprovechamiento de calor.
La pulpa se pone en contacto con el licor pobre procedente de precipitación donde la temperatura y la
presión del proceso definen si la bauxita es gibbsitica10 o monohidrato11; el conocimiento de las
características de la bauxita determina el tiempo de digestión: si las bauxitas están desilificadas el
proceso se realiza por 30 minutos y si el proceso de desilificación se lleva a cabo en el propio digestor
el tiempo es superior, finalmente, el licor que sale de los digestores pasa por etapas de descompresión
y recuperación de calor en intercambiadores y cuando la pulpa digerida y evaporada alcanza los 100ºC
se transfiere a la separación de lodos por medio de filtración (Universidad de Oviedo, 2017).
3. Decantación, lavado de lodos rojos y clarificación del licor.
La pulpa proveniente de la digestión se somete a la separación de los lodos y las arenas que
contiene.se separan en un clasificador de ciclón húmedo donde los limos más finos se sedimentan
9 Tamaño de sílice <1.5% 10 Condiciones: 145ºC y 4kg/cm2 11 Condiciones: 250ºC y 40kg/cm2
15
con floculantes en cantidades pequeñas y los lodos decantados se envían al circuito de lavado de
lodos en un proceso que funciona a contracorriente, dejando lodos rojos que se envían al embalse de
tratamiento donde se consolidan con aditivos. (Universidad de Oviedo, 2017).
El licor sobrante tiene entre 40 a 80mg de sólidos por litro y se envía a un tanque de almacenamiento
para clarificación que se realiza por filtros de gran superficie, filtros prensa y filtros de arena
(Universidad de Oviedo, 2017).
4. Precipitación del hidrato.
La precipitación espontanea del hidrato es difícil por lo cual se aplica un proceso de siembra de los
cristales de hidrato de tamaño fino y en cantidad controlada, obteniendo así la granulometría deseada,
el tiempo de reacción es elevado debido a que se busca obtener mayor cantidad de hidrato de grano
grueso y una textura de grano adecuado, para ello las condiciones que favorecen la reacción son:
temperatura inicial elevada en el precipitado, enfriamiento para el aumento de rendimiento, tamaño de
siembra adecuado, tiempo optimo y proceso sobresaturado en alúmina y sosa. (Universidad de
Oviedo, 2017).
La precipitación posee tres fases nucleación, crecimiento y aglomeración teniendo como objetivo la
obtención de gránulos, de tamaño superior a 75 μm, los granos de tamaño menor a 20μm son
considerados finos, el germen de gran tamaño obtenido se emplea para nuclear el producto final,
mientras que el fino se emplea para producir germen grueso, finalmente, el hidrato se clasifica en los
tanques de sedimentación en función de diámetro creciente, el grueso es destinado al calcinador
después de un proceso de lavado para eliminar el licor que arrastra posteriormente filtrados y lavados.
(Universidad de Oviedo, 2017).
5. Calcinación.
El hidrato se seca aprovechando los gases calientes del calcinador, luego se calcina en un horno
con temperaturas entre 900°C a 1200°C dando como producto alúmina. (Universidad de Oviedo,
2017).
2.1.2 Etapa 2: Producción de aluminio primario a partir de alúmina
El aluminio es producido por la reducción electrolítica del óxido de aluminio (alúmina) el cual es disuelto
en un fundido de principalmente de hexafluoruro de aluminio a una temperatura de 960°C (Cusano et
Al, 2017).
La alúmina es fundida mediante sistemas de fundición electrolítica mediante celdas por los cuales
pasa una corriente eléctrica que se pone en contacto con el fundido y fundente, el suministro de
alúmina debe mantenerse constante por lo cual es añadida periódicamente logrando así un manejo
de energía optimo y operaciones a temperaturas bajas (HMIP, 1993).
El aditivo más común es fluoruro de aluminio, ya que también neutraliza el óxido de sodio presente
como impureza en la alimentación de alúmina; puede ser añadido separadamente, y las adiciones son
controladas basadas en el patrón y funcionamiento de la celda, posteriormente el aluminio liquido se
deposita en la parte superior del cátodo y es retirado de las celdas por sifones de aspiración. Durante
16
la electrolisis, el oxígeno de la alúmina se combina con el ánodo de carbono para formar dióxido y
monóxido de carbono (HMIP, 1993).
Dependiendo del tipo de ánodo y el método usado para la alimentación de alúmina, los sistemas
pueden ser por celdas Soderberg en la cual hay solo un ánodo que se regenera mediante la adición
de materiales de carbón y celdas de pre horneado donde los ánodos deben ser cambiados cuando se
encuentra aproximadamente 80% consumidos. (Lijftogt, 1998). Posterior a este proceso el metal está
listo para ser tratado.
2.1.2.1 Tratamiento del metal fundido
El metal liquido del proceso de electrolisis se mantiene en hornos de inducción o reverbero los cuales
pueden estar equipados con quemadores regenerativos para calentar el aire de combustión y ahorrar
energía. En esta etapa se realizan las adiciones de metales12 o aleaciones maestras13 dependiendo
de la aleación deseada, de estas adiciones el más común es el uso de titanio o boruro de titanio
mediante sistemas de agitación o máquinas de agitado que homogenizan la mezcla, también es común
el uso de bombas electromagnéticas o inyectores mecánicos de metal los cuales pueden ser usados
para lograr una circulación y optimizar la homogenización del metal fundido en el horno de reverbero,
adicionalmente la temperatura de colado es controlada en los hornos de conservación. (HMIP, 1993)
Posteriormente, el metal es tratado para remover impurezas metálicas como sodio, magnesio y calcio,
partículas no metálicas e hidrogeno. Este tratamiento es realizado en dos etapas (Cusano et Al, 2017):
1. Agregado al horno de sales fundentes como fluoruro de aluminio, cloruro de magnesio o
cloruro de potasio para remover impurezas metálicas.
2. Inyección de gas en el metal fundido para tratamiento de las impurezas; argón o nitrógeno es
usado para remover hidrogeno, mientras que mezclas de cloro y argón o nitrógeno son usados
para remover impurezas metálicas alcalinas.
Finalmente, el metal pasa por un proceso de filtrado para su posterior colado.
2.1.2.2 Colado
El colado es el proceso por el cual se le da forma al metal fundido para crear placas, barras y tacos
utilizando máquinas de funcionamiento vertical. Se emplean moldes de enfriamiento por agua y una
tabla de sostenimiento al inferior del molde, esta tabla desciende conforme el lingote se forma (HMIP,
1993)
Para placas y tacos con pequeñas secciones cruzadas se emplean máquinas de funcionamiento
horizontal, en esta etapa pequeñas cantidades de espumas y escorias son producidas y removidas de
la superficie del metal (HMIP, 1993), todo el proceso enunciado anteriormente se resume en la
Ilustración 1.
12 Si, Mg, Sn, Zn, Cu, Zr, Sr 13 Ti, Cr, Fe, Mn y Ni
17
Ilustración 1. Proceso primario obtención alúmina (Al2O3). (AL Input, 2008)
Durante todo este proceso se estima que de 100 toneladas de bauxita producen 40 a 50 toneladas de
alúmina, de los cuales se pueden obtener de 20 a 25 toneladas de aluminio, adicionalmente se estima
que este proceso tiene un gasto de material y energía significante: en el cual se utiliza
aproximadamente entre una tonelada de ánodo de carbono por tonelada de aluminio producida , en
cuanto al gasto energético se estima que son aproximadamente el 30% de los costos de producción
(Cusano et Al, 2017). Los valores típicos de consumo para la producción de alúmina se muestran en
la Tabla 2.
Parámetro Rango típico (Kg/Ton de alúmina)
Bauxita 2065-2275
NaOH (50%) 30-70
CaO 30-80
Agua 1000-5000
Energía (Gj/Ton) 7.6-11.7
TABLA 2. MÁRGENES DE ENTRADA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALÚMINA, FUENTE: AL INPUT 2008
Es necesario aclarar que los consumos de insumos enunciados anteriormente son influenciados
principalmente por la composición química de la bauxita, el tipo de digestores usados, tipo de
calcinadores usados y cantidades de hidróxido de sodio y oxido de calcio.
18
2.1.3 Emisión de contaminantes en la producción primaria de aluminio
Como muchos procesos industriales, la producción de aluminio primario genera impactos al ambiente,
los cuales dependen del estado de la materia prima y nivel tecnológico del proceso, a continuación,
se enuncian las posibles emisiones al aire, agua y residuos que se pueden generar durante el proceso,
Ver Ilustración 2.
ILUSTRACIÓN 2. ENTRADAS Y SALIDAS EN EL PROCESO PRIMARIO DE PRODUCCIÓN DE ALUMINIO
2.1.3.1 Emisiones
El aluminio genera material particulado, óxidos de azufre, monóxido de carbono y emisiones de óxidos
de nitrógeno, las cuales varían dependiendo del filtro aplicado o tecnología de control en la planta. A
continuación, se presentan las posibles emisiones que se realizan durante los procesos productivos.
Durante la calcinación de la bauxita genera emisiones de material particulado, SO2, CO2 y NOx (Al
Input, 2008), la Tabla 3 presenta estimaciones de diferentes contaminantes por tonelada producida.
19
Componente Contenido en el
gas(Kg/Ton de Al) Observaciones.
Fluoruros 0.05-0.6 Emisiones solidas de fluoruros son despreciables.
Hidrocarburos Aromáticos
Policíclicos (PAH) 0.15-0.5 Valor estimado en una pérdida de peso del 5%
durante el proceso de horno. Hidrocarburos 25-40
Polvo 5-10 Valor estimado.
Proceso asociado con la producción primaria de aluminio, con masas de gases de varios contaminantes, y donde las
emisiones capturadas son tratadas en el depurador, filtro usado para los gases de electrolisis.
TABLA 3. EMISIONES DE UNA PRODUCCIÓN DE ALUMINIO MEDIANTE EL USO DE ÁNODOS. FUENTE AL INPUT 2008
En cuanto al proceso de electrolisis del aluminio se suelen presentar emisiones de CO2, CO, PFC´s,
Material Particulado, Fluoruros, SO2, P.A.H, Componentes metálicos y óxidos de nitrógeno NOx.
Durante el proceso de desgasificación y colado las principales emisiones que se generan son material
particulado, fluoruros, cloruros y compuestos orgánicos, SO2 dependiendo del combustible usado y,
NOx dependiendo del tipo de quemador.
2.1.3.2 Vertimientos
La producción de aluminio primario es inherentemente un proceso seco por lo tanto las descargas de
vertimientos puede ser durante los procesos de refrigeración, y empleo de agua lluvia y agua de mar
en el cuarto de máquinas.
En la producción de alúmina a partir de la bauxita el proceso se da en un sistema cerrado para eliminar
emisiones al agua. El agua contenida en el lodo rojo es altamente alcalina, es generalmente tratada y
reincorporada al proceso. (Nordheim E, 1998)
2.1.3.3 Residuos solidos
La producción primaria de este metal puede generar residuos de espumas, escorias, residuos
ordinarios y peligrosos, la Tabla 4, presenta los estimativos de residuos generados por tonelada
producida.
Residuo Kg/Ton de Aluminio
Espumas/Escorias Aluminio 15-30
Otros residuos peligrosos 7-15
Residuos no peligrosos 12-14
Chatarra suministrada por fuentes externas.
TABLA 4. CANTIDAD DE RESIDUOS GENERADOS DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA DE ALUMINIO.
Adicionalmente otro residuo que se genera es el lodo rojo, el cual es el material solido restante después
de la extracción de la bauxita que no se disuelve en la mezcla su cantidad específica y composición
dependen fuertemente de la calidad de la bauxita. Se estima que la cantidad producida varía entre
600kg y 1500kg por tonelada de alúmina producida. Se ha observado que este residuo es almacenado
20
para posterior filtrado a alta presión el resultado de esta operación es un residuo de bauxita sólida, la
cual puede ser transportada fácilmente y usada en varias aplicaciones como industria cementera,
industria cerámica o en la construcción de vías. (France, 2008)
2.1.4 Situación nacional de la producción primaria de aluminio Actualmente el país no tiene producción primaria de aluminio, la producción de bauxita se destina
primordialmente a la obtención de sulfato de alúmina, que a su vez se emplea para la purificación de
acueductos en el país.
El principal Yacimiento de Bauxita en Colombia se encuentra en el departamento de Valle del Cauca,
igualmente existen yacimientos menores en Antioquia, Norte de Santander y Cauca (UPME, 2012).
De acuerdo a consultas realizadas a la fecha se estima que existen dos 2 títulos mineros para la
explotación de bauxita, sin embargo, dichos títulos ya no están vigentes ni se encuentran en
explotación (ANM, 2012).
Dado que no hay producción primaria este metal, se obtiene a partir de procesos secundarios como
el refundido de chatarra o lingotes importados para la producción nacional de perfiles, laminas, tubos,
hojalatas para empaques, papel aluminio, alambres y piezas fundidas para la industria mecánica
(Ministerio de Minas y Energia, 1996).
2.2 Producción secundaria de aluminio
El aluminio secundario es producido a partir de la fundición de la chatarra, este proceso se caracteriza
por amplia variedad de materiales y hornos utilizados para el proceso (ALFED, 1998).
De acuerdo a las características de la chatarra se puede calificar bajo los siguientes estándares: fuente
de la chatarra, tamaño, contenido de óxidos e impurezas, densidad del aluminio y pretratamiento
El proceso de refundido de chatarra se caracteriza por tener cuatro etapas pretratamiento, fundido o
fusión, afinado y colado, la Ilustración 3 resume el proceso.
21
Ilustración 3. Proceso secundario obtención de aluminio. (Al Input, 2008)
2.2.1 Pretratamiento
El pretratamiento engloba todos aquellos procesos que se deben aplicar a la chatarra para eliminar
residuos sólidos, líquidos y grasas que pueden desencadenar problemas durante el proceso
productivo y/o aquellos que propician aumento de emisiones de contaminantes al ambiente, las
fuentes típicas del aluminio son chatarra procesada, latas de líquidos, laminas, extrusiones, chatarra
comercial y antiguo metal fundido, sumado a esto, el aluminio es recuperado de escorias y escorias
de sal que son reincorporadas al proceso de fundición (Nordheim E, 1998).
A continuación, se enuncian todas las técnicas utilizadas para el pretratamiento de la chatarra:
Limpieza manual: este método utiliza herramientas manuales, no eléctricas, para eliminar
impurezas, que puedan ser removidas solo con esfuerzo humano. A través de este método
no es posible remover completamente todas las impurezas presentes en el material de
alimentación.
Limpieza mecánica: este método utiliza instrumentación eléctrica o neumática, para eliminar
las impurezas que pueden ser removidas con estas herramientas. Su efectividad es mayor a
la limpieza manual, sin embargo, no garantiza pureza total (PSM-Dupont, 2019).
Pirometalurgia: este método consiste en pasar sobre las superficies metálicas, temperaturas
medias-elevadas a alta velocidad. Generalmente se utiliza una flama de acetileno. Su fin es
de naturaleza física, como el secado; química como la calcinación, tostación o volatilización
de las diferentes impurezas (Universidad Tecnica de Oruro., 2010).
22
Hidrometalurgia: proceso que ocurre en medio acuoso, permite la extracción y obtención
de metales y/o compuestos considerados impurezas para el proceso de fundición y
refinación (Universidad de Santiado de Chile., 2003). Es el método más efectivo para el
tratamiento del material de alimentación.
Así mismo la chatarra es clasificada según la aleación con el fin de evitar al mínimo reprocesamiento
(ALFED, 1998); las chatarras son la mayor fuente de material de alimentación, estos generalmente se
encuentran contaminadas por lo cual este material debe ser limpiado y secado previo al fundido para
mejorar la tasa de fundición y eficiencia térmica, así como la reducción de emisiones (Laheye, R. et
al, 1998). Posterior a esta adecuación de la materia prima entra al proceso de fundición.
2.2.2 Fundición
La fundición secundaria del aluminio consiste en la producción de aluminio a partir de productos de
aluminio usados o de desechos de procesos para recuperar el metal durante este proceso se utilizan
diferentes tipos de combustibles, fundentes y aleaciones (Cusano et Al., 2017), ver Ilustración 4
Ilustración 4. Proceso secundario de fundición/refinación del aluminio, fuente: (EPA 1994)
El proceso inicia con el cargue de la materia prima al horno los cuales se pueden clasificar en tres:
23
Hornos rotatorios: son usados para la fundición de variedad de metales secundarios, los
hornos rotatorios pueden incorporan un mecanismo de inclinación, el cual en algunos casos
aumenta la eficiencia de fundido de los materiales que contienen bajas cantidades de aluminio
incluidas natas y escorias, y la cantidad de sales requeridas para este material también pueden
reducirse (Boin, U. et al, 1998).
Hornos de inducción: son usados para aluminio en altos grados de pureza, el uso de hornos
de reverbero y hornos de cámara con un compartimiento de carga y sistema de bombeo pueden
aumentar el grado de escorias y natas, incluyendo laminas y torneados, que pueden ser
reincorporados nuevamente al proceso, también pueden reducir la perdida de metal por
oxidación sin el uso de grandes cantidades de sales u otras coberturas (Laheye, R. et al, 1998)
(McLellan, 1998) (McLellan, 1998).
Hornos de reverbero: pueden también usar inclinación en el área de alimentación, donde
grandes piezas del hierro pueden ser introducidas, el aluminio es fundido del sustrato del hierro
el cual, el cual permanece en el área de conservación, la contaminación del fundido por hierro
es minimizada (Nordheim E, 1998) (ALFED, 1998).
Las características de cada uno de estos hornos, aplicación preferida, propósito, material de
alimentación, tratamiento preferido del fundido, capacidad, eficiencia, combustibles preferidos y
consumo energético son mostrados en la Tabla 5.
Con la materia prima dentro del horno se adiciona un fundente dependiendo del tipo de horno, para
su posterior refundido a temperaturas superiores a 660°C. Durante este proceso los materiales
fundentes se combinan con los contaminantes y flotan en la superficie del aluminio, atrapando las
impurezas y actuando como una barrera que reduce la oxidación del aluminio fundido. Para disminuir
la oxidación del aluminio que lleva a pérdida de fundente se utilizan métodos mecánicos para sumergir
la chatarra en el baño lo más rápidamente posible (Cusano et Al., 2017), el proceso se presenta en la
Ilustración 4.
24
Parámetro
Un
idad
Horno de tambor
rotatorio Horno basculante
Horno de reverbero Hornos de eje Hornos de crisol Horno de inducción
Cámara única Múltiples cámaras A
plic
ació
n
pre
feri
da
Pro
ducc
ión
de
alum
inio
secu
ndar
io
Producción de aluminio
secundario
Producción de aluminio
secundario/Fundidoras
Producción de
aluminio
secundario
Industrias de
moldeo Industrias de moldeo
Producción de
aluminio secundario.
Propósito Fundido Fundido Fundido Conservación y
colado Fundido
Fundido y
conservación Fundido y conservación
Fundido y
conservación
Material de
alimentación.
Chatarra
limpia/sucia,
virutas, escoria
Chatarra sucia, virutas, escoria
Lingotes, chatarra
limpia y sucia,
escoria
Metal fundido Chatarra, escorias Lingotes, chatarra
limpia Lingotes, chatarra limpia
Lingotes, chatarra
limpia/sucia
Tra
tam
ien
t
o p
refe
rid
o
del
fu
nd
ido
Cob
ertu
ra
de s
ales
Menor cantidad de sales
comparado al horno de tambor
rotatorio
Sin cobertura salina/Cloración Sin cobertura
salina Sin cobertura salina Sin cobertura salina
Sin cobertura
salina/Cloración
Capacidad
ton Mayor a 150 Mayor a 30 Mayor a 180 Mayor a 180 De 0.5 a 4 De 0.1 a 1.2 Aproximadamente 50
Eficiencia
ton
mat
eria
l
alim
enta
ción
/h
Mayor a 20 Mayor a 7 Mayor a 30 NA 3 a 28 Mayor a 2.5 De 0.075 a 0.43 Aproximadamente 7
Combustibles
preferidos
Gas natural, aceite,
combustóleo Gas natural, combustóleo Gas Natural, combustóleo extra puro
Gas Natural,
combustóleo extra
puro
Gas Natural,
combustóleo extra
puro
Gas Natural, combustóleo
extra puro o eléctricamente
alimentado
Calentado
eléctricamente.
Uso de energía
Gj/t
on
met
al
2 a 4.7 2 a 2.5 2.5 a 4.4 Sin detalles 2.4 a 4.3 2.1 a 3.3 0.4 a 7.4 Aproximadamente 3.6
(M/H)
Tasa de gas
residual
m3/ton
metal 9000 a 18000 9000 a 13000 5000 a 13000 Sin detalles 10000 a 15000 2000 a 4000 2000 a 4000 Max 14500
25
Generación de
polvos
+++ +++ ++ + ++ NR NR +
Óxidos de
nitrógeno
+(asumiendo condiciones optimizadas de combustión) o ++(alimentado con combustóleo y oxigeno sin regular) NR NR
Dióxidos de
azufre NR
Cloruros ++ (Cloración)
Cloruro de
hidrogeno
+++ ++ +, ++ (Cloración) ++ (Cloración) ++ NR ++ (Cloración) ++ (Cloración)
Fluoruro de
hidrogeno
+++ ++ + + + NR ++ +
Carbono
orgánico total
++ ++ + + + NR NR NR
PCDD/F +++ ++ ++ NR + NR NR NR
Donde:
(+): Bajo
(++): Medio
(+++): Alto
NR: No relevante.
TABLA 5. Parámetros hornos de fundición Aluminio, Fuente: (VDI,2008), (OEA,2012)
26
En el proceso de fundido se emplean fundentes para asistir al proceso de fundido.
2.2.2.1 Fundentes
Entre los diferentes tipos de fundentes utilizados por la industria se encuentran diferentes clases de
sales, las cuales son usadas en la industria del aluminio para asistir al proceso de fundido en múltiples
formas por ejemplo el uso de sodio, potasio, cloruros y fluoruros para reducir la oxidación, absorber
impurezas y aumentar la eficiencia térmica (Cusano et Al, 2017).
Debido a que el aluminio se oxida fácilmente durante este proceso se crea una capa de óxido, conocida
como escoria y nata, la cual es retirada mecánicamente con maquinaria que hace un barrido o
manualmente con el empleo de personal capacitado y descargada en un horno circular generalmente
eléctrico de menor tamaño en el que se produce la recuperación de material aprovechable mediante
enfriado, granulado y peletizado (Boin, U. et al, 1998).
Las escorias y sobrantes de sal son aprovechadas de manera separada al metal. Hay variaciones en
la cantidad de sal usada dependiendo del horno usado y el óxido contenido en el metal no procesado
(VDI, 2008).Se ha observado que el pretratamiento del material de alimentación pueden reducir el uso
de sales, adicionalmente se ha observado que el uso de sales no metalizas es mayor en hornos de
tambor rotatorio (Boin, U. et al, 1998) .
2.2.3 Afinado y colada
Con el material fundido se pasa a la cámara de colada o a través de un sistema de horno de
acumulación donde se agregan otros compuestos, el metal es refinado en la cámara de conservación
o en un reactor en línea para remover gases y otros metales.
Se ha encontrado que magnesio y otras impurezas pueden estar presentes en el proceso secundario
de aluminio, para remover estas impurezas el metal fundido se tratan con mezclas de cloruros, fluoruro
de sodio y aluminio y fluoruro de potásico de aluminio (ALFED, 1998).
Finalmente, al igual que en la producción primaria, se utilizan moldes para formar los lingotes, perfiles,
barras, entre otros, dependiendo de lo solicitado por el cliente.
2.2.4 Emisiones en la producción secundaria de aluminio
Como muchos procesos industriales, la producción de aluminio secundario genera impactos al
ambiente, los cuales dependen de la calidad de la chatarra que ingresa al refundido, nivel tecnológico
del proceso y los métodos de reducción y tratamiento, la Ilustración 5 presenta las posibles fuentes de
emisión.
27
Ilustración 5. Entradas y salidas de la producción secundaria de aluminio, fuente: (Al input,2008)
A continuación, se enuncian las posibles emisiones al aire, agua y residuos que se pueden generar
durante el proceso de producción secundaria.
2.2.4.1 Emisiones
Las emisiones pueden escapar del proceso térmico como emisiones de chimenea y emisiones difusas,
dependiendo de la antigüedad de la planta y la tecnología usada. Las emisiones de chimenea pueden
ser monitoreadas de manera continua como material particulado o periódicamente como PCDD/PCDF
(Cusano et Al, 2017). Las potenciales emisiones son material particulado, componentes metálicos,
componentes orgánicos (TOCs y PCDD/PCDF), CO, óxidos de nitrógeno NOx, dióxidos de azufre
SO2, cloruros, cloruro de hidrogeno y fluoruro de hidrogeno, la Tabla 6 presenta el potencial de emisión
de los contaminantes anteriormente enunciados en los diferentes procesos térmicos.
28
Componente Pretratamiento Fundido Refinado, Colado y
tratamiento de gases.
HCL, HF y Cl2 ** ** ***
Compuestos metálicos ** ** **
Óxidos de Nitrógeno * ** *(Gases de combustión)
SO2 *(Con combustible
adecuado)
*(Con combustible
adecuado) *(Gases de combustión)
Compuestos orgánicos (CO,
TOCs, PCDD/F) *** *** NR
Polvo *** *** **
Donde:
***: Mas importante
*: Menos importante
NR: No relevante.
TABLA 6. EMISIONES POTENCIALES AL AIRE PRODUCCIÓN SECUNDARIA DE ALUMINIO, FUENTE: (NORDHEIM E, 1998)
Como se observa en la Tabla 6 una porción importante de las emisiones de estas sustancias es
producida por la contaminación presente en el material de alimentación y del combustible usado.
A continuación, se presentan las causas de la formación de los contaminantes anteriormente
enunciados.
2.2.4.1.1 POLVOS Y METALES.
El polvo es generado principalmente en el material de entrada y a causa de los vapores de sal en
procesos de combustión incompleta, también son generados durante el almacenamiento, carga y
alimentación de chatarras, fundentes, raspados y escorias, así como en el proceso de pretratamiento
de raspados y escorias in situ (Cusano et Al, 2017).
Los metales se encuentran juntos con el polvo y son generados de la combustión de gases o chatarras
y fundentes. En los metales generados destaca Cu, Mg, Zn y Hg presentes en el proceso de fundido.
(VDI, 2008).
2.2.4.1.2 COMPUESTOS ORGÁNICOS PCCD/F.
Las dioxinas y furanos no son producidas intencionalmente, son formadas principalmente en los
procesos de combustión donde haya presencia de carbón, oxígeno, hidrogeno y cloro. Estas
sustancias son generadas por procesos de combustión a través de tres métodos (Charles E Napier
Ltd., 2000; US EPA 1997):
• Destrucción incompleta de PCDD y PCDF presentes en el material de alimentación.
• Al interior del horno mediante condensación de precursores químicos relacionados.
• Temperaturas bajas de aire que favorecen la formación a partir de carbón simple y cloruro
inorgánico, proceso conocido como de novo síntesis.
29
Adicionalmente, se sabe que un lento enfriamiento de gases, una alta cantidad de cenizas en
combustión, presencia de metales como cobre aluminio y/o hierro, presencia de cloro y exceso de
oxigeno favorece a la formación de estas sustancias (Charles E Napier, 2000).
2.2.4.1.3 DIÓXIDOS DE AZUFRE Y ÓXIDOS DE NITRÓGENO.
Estos compuestos son producidos como resultado de azufres y nitrógenos presentes en los materiales
de alimentación, así como combustibles y fundentes con altos contenidos de sulfatos. (Cusano et Al,
2017) Sin embargo, dependiendo de la tecnología empleada y sistemas de tratamiento las emisiones
van a variar, ver Tabla 7.
Las emisiones de SO2 dependen del tipo de combustible usado, el cual depende de la disponibilidad
en la zona en la que opera la planta, se ha encontrado que la emisión promedio de SO2 no excede
100 mg/Nm3, la Tabla 7 presenta diferentes emisiones bajo diferentes tecnologías alrededor del
mundo (Cusano et Al, 2017).
Fuente NOx (mg/Nm3)
Min-Max
Secador de virutas, quemador normal 10-150
Diferentes tipos de horno, quemador con oxicombustible 1-300
Diferentes tipos de hornos, quemador normal. <1-200
Diferentes tipos de hornos, quemador regenerativo. 72-340
TABLA 7. EMISIONES DE NOX (MEDIDO COMO NO2) DE LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA DE ALUMINIO, FUENTE: (EAA, OEA, 2012)
2.2.4.1.4 HF, HCL Y CLORUROS.
El cloro puede ser usado en el tratamiento del aluminio colado para remover el hidrogeno, magnesio
y otras impurezas, estos componentes en la zona de fundición pueden ayudar a la formación de estos
contaminantes. Al igual que las otras sustancias la emisión depende mucho del tipo de tecnología
utilizada, por ejemplo, se ha observado que los hornos rotatorios permiten la remoción del magnesio
y natas sin usar ningún tipo de cloro siendo un beneficio, la Tabla 8, presenta estimativos de emisión
en diferentes partes del mundo según el tipo de horno. (EAA,OEA, 2012)
Adicionalmente, estos cloruros de aluminio se pueden hidrolizar con la humedad y producir HCl por lo
cual la mayoría de plantas utilizan limpieza en seco o semiseco para remover estos compuestos.
(EAA,OEA, 2012)
Fuente Control de Emisión HCl (mg/Nm3) Cl2 (mg/Nm3) HF (mg/Nm3)
Min-Max Min-Max Min-Max
Diferentes tipos de hornos Inyección de Cal y/o NaHCO3 <1-16.3 <0.1-2.1 <0.1-2.5
Hornos de eje e inducción. Inyección de cal. 0.1-7 0.1-0.23 <1
TABLA 8. EMISIONES DE HCL, CL2 Y HF EN LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA DE ALUMINIO. FUENTE (EAA, OEA, 2012)
30
2.2.4.2 Vertimientos
La producción de aluminio secundario es un proceso seco, por lo tanto las descargas de agua son
limitadas a agua fría y tratada, la cual es generalmente reincorporada al proceso (Cusano et Al, 2017).
En los procesos que emplean un circuito cerrado en la cual el agua es usada para enfriamiento del
metal, el evaporamiento se considerada como perdida en el proceso y el agua debe ser reemplazada
continuamente. Este reemplazo se da con agua tratada, y en ocasiones es agregada agua limpia para
mantener la temperatura adecuada, este proceso emplea considerables cantidades de agua (Cusano
et Al, 2017).
El agua de enfriamiento atrapa ciertos contaminantes debido a la abrasión en los equipos y productos
de precipitación procedentes del acondicionamiento, estos contaminantes se depositan en el tanque
y deben ser retirados cada cierto periodo, no son tóxicos o nocivos para el ambiente, así que son
depositadas en los vertimientos domésticos (ALFED, 1998).
2.2.4.3 Residuos solidos
Durante los diferentes procesos productivos se generan diferentes residuos, los cuales en su mayoría
pueden ser recuperados, tratados y reutilizados, la Tabla 9, presenta un resumen de los posibles
residuos que se generan, la tasa de producción y el posible tratamiento que se le pude dar.
Residuo Origen Volumen Tratamiento
Escorias Salinas Fundido en hornos
rotatorios
>500 kg/ton
Al
Recuperación por técnicas de disolución y
cristalización.
Producción de sustancias reusables: Metal granulado
de aluminio, mezcla de sales, y compuestos no
metálicos.
Filtros de polvo Limpieza de gases de
escape.
>35 kg/ton Al
0.1 a 10
kg/ton Al14
Disposición con pretratamiento para
reacondicionamiento como escorias Salinas.
Natas/Escorias
Limpieza de hornos y
maquinaria del
proceso.
>80kg/ton Al 15
Refundido en horno rotatorio o tratamiento para la
recuperación de sales.
Revestimientos de
horno Hornos de fundido >4kg/ton Al
Reacondicionamiento como escoria o de lo contrario,
lixiviación para un posterior vertido.
Grasas/Aceites
Limpieza de hornos y
maquinaria del
proceso.
Captura y separación.
14 Sin presencia de metales. 15 Empleando un horno alto con chatarra de elevada calidad.
31
Tabla 9. Residuos generados en el proceso de producción secundaria de aluminio, Fuente (Boin, U et al, 1998), (UBA,2007), (Winter, 2007)
A continuación, se presentan los posibles procesos de formación y sus posibles aprovechamientos:
2.2.4.3.1 ESPUMAS Y ESCORIAS DE SAL
En la etapa de colado y tratamiento se generan en una cantidad entre 15 a 30kg de espuma por
tonelada de aluminio producida, la cual tiene un elevado porcentaje de aluminio el cual varía entre el
20 a 80% (Boin U. M. J., 2009). La composición de se resume en la Tabla 10
Contenido Valor promedio(%) Rango (%)
Al, compuestos metálicos 6 4-10
Sales solubles en agua 37 20-55
Óxidos metálicos, metales no recuperables y sales insolubles 55 35-75
TABLA 10. COMPOSICIÓN TÍPICA DE LA ESCORIA DE SAL. FUENTE: (TSAKIRIDIS, 2012)
En cuanto al manejo que se le da a las espumas generalmente son depositadas directamente en el
horno para la recuperación del aluminio, sin embargo, también en es enfriada y tratada tan pronto
como es retirada del horno con el fin de reducir las emisiones y prevenir oxidaciones futuras y separar
el aluminio del óxido de aluminio, el almacenamiento las espumas y escorias pueden reaccionar con
la humedad del aire, y producir amonio y otros gases (VDI, 2008).
En las etapas de aprovechamiento en hornos reverbero o rotarios el empleo de fundentes de sal
puede ayudar a reducir la oxidación y promover la remoción de impurezas como Mg, Ca y Li (Winter,
2007).
Fuera del proceso producción de aluminio en planta , las escorias pueden ser empleadas en otros
procesos como industria del acero, cementera, de fertilizantes, entre otros (Tsakiridis, 2012), las
escorias producidas en el proceso pueden ser aprovechadas luego de diferentes tratamientos, ver
Ilustración 6.
Ilustración 6. Proceso de recuperación de escorias, Fuente: (Al input, 2008)
32
2.2.4.3.1.1 Recuperación de la escoria de sal
La escoria de sal formada en el proceso puede ser completamente recuperada para producir materias
primas y demás productos comerciables, la Tabla 11 presenta la composición de la escoria generada.
Componente Contenido (%16) Componente Contenido (%16)
Al2O3 60-75 TiO2 0.5-1.5
MgO 3-14 MnO <0.3
SiO2 3-12 Na2O <1.0
CaO 1.5-5 K2O <1.2
Fe2O3 1.5-3.0 Cl- <0.8
Agua ligada 7-16
TABLA 11. COMPOSICIÓN PROMEDIO DE LA PORCIÓN NO METÁLICA DE ESCORIA DE SAL, FUENTE: (272, AL INPUT, 2008)
En cuanto a los tipos de procesos de recuperación se poseen dos procesos:
El proceso completo en el cual el reciclaje es la combinación de diferentes pasos de recuperación
físico-química de la escoria de sal, en cada paso del proceso, los tres principales elementos de
recuperación usados para recuperar los materiales son:
Aluminio metálico 4 a 10% en escoria de sal típica, la cual es insoluble en agua, durante
el triturado, la naturaleza dúctil del aluminio significa que pequeñas partículas son
convertidas en hojuelas con una elevada área de superficie la cual puede ser removida
por tamizado.
Óxidos 35 a 75% en estado sólido en la típica escoria de sal, los cuales son insolubles en
agua y son frágiles por articulación para convertirse en finas partículas.
Cloruros alcalinos 20 a 55% en la escoria típica, son altamente solubles en agua y frágiles.
Los procesos de recuperación parcial, los cuales se pueden dividir en tres.
Uso en planta de fertilizante para obtener únicamente KCl y aluminio particulado, mientras
otros componentes como sodio, cloruros y óxidos son usados en diferentes industrias, el
proceso utiliza principalmente los mismos pasos que el proceso completo de reciclaje:
pretratamiento mecánico, lixiviación con residuos de gas, separación líquidos-sólidos y
cristalización. En este caso, solo el KCl que representa el 10-20% del total de escoria de sal
es reciclado como sal. Después de ser procesado en un proceso interno de refinación de sal
es vendido a la industria fertilizante. La escoria de sal contiene 20 a 40% de NaCl soluble en
agua la cual es depositada en el proceso de lixiviación (Germany, 2013).
El segundo proceso es similar a la recuperación completa, sin embargo, no se recuperan las
sales, y el agua de proceso y vertimientos generados (COM, 2008).
16 Sustancias secas.
33
Recuperación de metales a partir de procesos electromecánicos y mecánicos y los residuos
del proceso son tratados (Spain, 2013).
2.2.4.3.1.2 FILTROS GASTADOS Y FILTROS DE POLVO.
En cuanto a los polvos recolectados en los sistemas de tratamiento poseen materiales aprovechables,
la Tabla 12 presenta la composición promedio
Contenido Valor promedio (%) Rango (%)
CaO 25 0-50
Al2O3 15 6-25
NaCl, KCl 35 20-50
Carbón 6 1-6
Metales17 - 0.01-10
Al metálico 3 2-7
PCDD/F18 5 µg/kg 3-10 µg/kg
TABLA 12. COMPOSICIÓN TÍPICA DE LOS FILTROS DE POLVO GASTADOS, FUENTE: (BOIN, U. ET AL, 1998)
2.2.4.3.1.3 Revestimientos del horno.
Los revestimientos del horno pueden ser recuperados en los sistemas de tratamiento de escorias de
sal ya que contienen grandes cantidades de óxido de aluminio, el cual el fundente ha separado de
materiales sin proceso.
2.3 Situación nacional en la producción secundaria del aluminio La industria secundaria de los metales es sustentable, debido a que los metales son infinitamente
reciclables, la estructura atómica del aluminio no es alterada durante el proceso de fundición lo cual
hace que no exista pérdida de calidad o valor económico, y solo necesita el 5%de la energía utilizada
en el proceso primario (EAA, 2004).
Esta es una industria muy desarrollada a nivel mundial y Colombia no es la excepción, la Ilustración 7
presenta la producción estimada de aluminio en Colombia
17 Zn, Pb, Cu, Mn, V, Cr, Ni, Sn, (y trazas: Co, As, Tl, Be, Sb). 18 Unidad I-TEQ
34
Ilustración 7. Variación anual de la producción secundaria estimada de aluminio en Colombia. años 2003-
2015, fuente (EAM,2016)
La producción nacional se centra principalmente en los departamentos de Antioquia, Valle del Cauca,
Caldas, y Cundinamarca. a cargo de las autoridades ambientales AMVA, CVC, CARDER, CORNARE
y CAR obedeciendo a la siguiente normatividad:
Normatividad
Norma/Resolución Objeto Aplicación a la industria
Resolución 619 de 1997
Por la cual se establecen parcialmente los factores a partir de los cuales se requiere permiso de emisión atmosférica para fuentes fijas.
En el artículo 2.19 se define que las industrias de fundición de aluminio con hornos de fundición y recuperación de 2 Ton/día o más requieren permiso de emisión para fuentes fijas.
Resolución 058 de 2002
Por la cual se establecen normas y límites máximos permisibles de emisión para incineradores y hornos crematorios de residuos sólidos y líquidos.
Resolución 0886 de 2004
Por la cual se modifica parcialmente la Resolución número 0058 del 21 de enero de 2002 y se dictan otras disposiciones.
Resolución 909 de 2008
Por la cual se establecen las normas y estándares de emisión admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se dictan otras disposiciones
Resolución 2267 de 2018
A continuación, se presenta la información recolectada obtenida de los expedientes de las autoridades
previamente nombradas, sobre cantidades de producción, tipos de hornos, combustibles utilizados y
sistemas de control de emisiones, características clave para el proceso de actualización del inventario
de COP no intencionales desarrollado por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible para el
año 2016.
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
2003200420052006200720082009201020112012201320142015
To
nel
adas
Año
35
2.3.1 Área Metropolitana del Valle de Aburrá – AMVA De acuerdo a la revisión de expedientes bajo la jurisdicción del AMVA actualmente se encuentran
empresas que tienen una producción promedio anual de 6,826 toneladas representando
aproximadamente el 19%, 1% y 2% respectivamente de la producción nacional estimada. A
continuación, se resume la información recolectada.
2.3.1.1 Empresa Número 1
La empresa utiliza como materia prima lingotes de aluminio provenientes de su planta en Valle del
Cauca e importaciones de este insumo. Estos lingotes se precalientan en hornos antes de pasar por
la prensa que se encarga de cortar los lingotes y hacer la extrusión formando los perfiles para su
posterior etapa en hornos de envejecimiento. Finalmente, el producto se modifica 19 según las
exigencias del cliente.
Dentro de su infraestructura actual para realizar la actividad de fundición se encuentra: una Caldera,
tres hornos de calentamiento de lingotes, tres hornos de calentamiento de matrices, tres hornos de
envejecimiento, un horno de secado de procesos de enjuague y desengrase y un horno de
polimerizado, el combustible utilizado durante todo el proceso es gas natural
La empresa cuenta con los siguientes sistemas de colección y tratamiento: un extractor de gases de
proceso de anodizado, un extractor de gases del proceso de nitruración y un lavador de matrices con
soda caustica; los extractores cuentan con un proceso integrado de lavador de gases.
2.3.1.2 Empresa Número 2
La empresa utiliza como materia prima lingotes de aluminio los cuales son llevados al proceso de
fundición para ser colados en los moldes deseados, en este proceso se utiliza agua con bondente por
aspersión para el enfriamiento de los moldes y finalmente el material pasa por las inyectoras coquillas
o arena donde se realiza el pulido y terminación del producto.
Dentro de la infraestructura actual la empresa cuenta con seis hornos de fundición solo uno está en
funcionamiento, además poseen dos hornos de tratamiento térmico que cumplen la función de curado,
temple y endurecimiento, el combustible usado en la planta es gas natural.
2.31.1.3 Empresa Número 3
La empresa divide su producción en dos líneas fijación y extrusión.
En la línea de fijación inicialmente se trefila la materia prima para una posterior conformación del
remache por medio de tratamiento térmico, posteriormente templados y acabado final20, para su
ensamble y despacho al cliente .
En la línea de extrusión se funde el aluminio reciclado y el aluminio primario en un horno basculante,
en él se fabrican lingotes que luego son cortados manualmente; los excedentes se precalientan para
realizar procesos de extracción y estiramiento para fabricación de perfiles luego pasan al horno de
tratamiento térmico y finalmente se empacan y distribuyen.
19 Pintura o anodización. 20 Pintura o galvanizado.
36
Dentro de la infraestructura actual de la planta se encuentra un horno de fundición de aluminio marca
TKF, un horno de precalentamiento de aluminio, un horno de temple de perfileria de aluminio, siete
hornos eléctricos y un horno de retorta, el combustible que utiliza la planta es gas natural y el horno
basculante cuenta con un ciclón y recolección de emisiones en la zona de fundición como sistema de
control de emisiones.
2.3.2 Corporación Autónoma regional del Valle del Cauca - CVC
De acuerdo a la revisión de expedientes bajo la jurisdicción de CVC se encuentran: una de las plantas
productoras de la empresa Numero; las empresas ubicadas en CVC tienen una producción promedio
anual de 18,120 toneladas representando aproximadamente el 49% y 10% de la producción nacional
estimada. A continuación, se resume la información recolectada.
2.3.2.1 Empresa Número 1 (Instalaciones en CVC)
Esta planta utiliza principalmente chatarra de aluminio la cual es comprada a proveedores nacionales
y debido a que este insumo es difícil de conseguir se completa con lingotes importados principalmente
de Brasil, Turquía y Rusia. Actualmente esta planta es la más grande del país para la producción de
este metal se estima que produce aproximadamente el 49% de la producción nacional.
Dentro de la infraestructura con la que cuenta actualmente la planta se encuentran tres hornos tipo
reverbero y dos hornos de refusión los cuales funcionan con gas natural, en cuanto a sistemas de
control de emisiones no se registra ninguno.
2.3.2.2 Empresa Número 2
Empresa dedicada a la producción de ollas y calderos, a partir del refundido de lingotes de aluminio.
Dentro de la infraestructura con la que cuenta actualmente la planta hay un horno de refundido, un
horno estático TRK y un horno de recuperación de escorias, los cuales funcionan con gas natural, en
cuanto a sistemas de control de demisiones no registra información.
2.3.3 Corporación Autónoma Regional de Risaralda – CARDER
En cuanto a la revisión de expedientes en CARDER solo se encontró una empresa en la jurisdicción
que realiza la actividad de fundición de aluminio.
2.3.3.1 Empresa Número 1
Empresa especializada en el refundido de aluminio primario y aluminio secundario para la producción
especifica de la aleación 6063 de uso arquitectónico, se estima que posee el 14% de la producción
nacional con aproximadamente 4,380 toneladas al año convirtiéndola en la segunda principal empresa
del sector.
Dentro de la infraestructura con la que cuenta actualmente la planta se encuentran seis hornos de
crisol basculante y un horno de homogenizado, los cuales funcionan con gas natural, en cuanto a
sistemas de control de emisiones no se registra ninguno.
2.3.4 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR
En la revisión de expedientes solo se encontró una empresa en la jurisdicción que realiza la
actividad de fundición de aluminio.
37
2.3.4.1 Empresa Número 1
Empresa especializada en la fundición de aluminio para la fabricación de avisos y señalizaciones, se
estima que producen el 1% de la producción nacional con aproximadamente 400 kilogramos anuales.
Dentro de la infraestructura con la que cuenta actualmente la planta posee un horno crisol destinado
a la fundición sin sistemas de control de emisiones.
2.3.5 Corporación Autónoma Regional de las Cuencas de los Ríos Negro y Nare-CORNARE
En cuanto a la revisión de expedientes solo se encontró una empresa en la jurisdicción que realiza la
actividad de fundición de aluminio.
2.3.5.1 Empresa Número 1.
Empresa especializada en la producción de artículos para cocina en aluminio a partir del refundido de
aluminio, se estima que producen el 3% de la producción nacional con aproximadamente 1,000
toneladas anuales.
Dentro de la infraestructura con la que cuenta actualmente la planta posee seis hornos para fundido,
un horno para lingotear chatarra y un horno con inyector, de los cuales dos funcionan empleando
electricidad como combustible y los restantes a gas natural.
2.4 Legislación Nacional. Colombia cuenta con la Resolución 909 de 2008, donde se establece los estándares de emisión
admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas, en ésta resolución se establece un
estándar de emisión de 0.5 ng-EQT/m3 para dioxinas y furanos en la actividad industrial, sin embargo,
para la reducción primaria de aluminio donde hallan “Grupos de cubas o crisoles y a las instalaciones
que producen ánodos de carbón” no obliga que se deban monitorear dioxinas y furanos, allí establecen
que se debe monitorear únicamente los contaminantes MP y HF.
A continuación, en la Tabla 13 se establecen los límites de emisión para los diferentes contaminantes
a monitorear en la industria de cobre en Colombia.
Contaminante Flujo del contaminante
(kg/h)
Estándares de emisión admisibles de contaminantes (mg/m3)
Actividades industriales existentes
Actividades industriales nuevas
Material particulado (MP) ≤ 0,5 250 150
> 0,5 150 50
Compuestos de Flúor Inorgánico (HF)
Todos 8
TABLA 13. ESTÁNDARES DE EMISIÓN ADMISIBLES DE CONTAMINANTES, ALUMINIO, RESOLUCIÓN 909.
Anterior a la Resolución 909, se tenía Decreto 948 de 1995.
3 Producción de cobre El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos; es un metal de transición que tiene
símbolo químico Cu y numero atómico 29, punto de fusión 1.085 °C, punto de ebullición 2.562 °C y
38
densidad 8,96 g/cm³ a 20°C. Su utilidad se debe a la combinación de sus propiedades químicas,
físicas y mecánicas, así como a sus propiedades eléctricas y su abundancia en la corteza terrestre
(Greenwood. E, 1997).
El cobre en estado puro se usa ampliamente principalmente en el sector de conducción eléctrica como
alambres, cables, contactos, entre otros. Igualmente, el cobre se une con otros metales para producir
latón, bronce y cobre-níquel los cuales se utilizan en el sector automotriz principalmente en radiadores
de automóviles, intercambiadores de calor, entre otros. Debido a su capacidad sobresaliente para
soportar la corrosión, también se encuentran usos importantes en tuberías, válvulas y conexiones en
sistemas que transportan agua potable, como en diferentes fluidos ya sean aguosos o gases
industriales (International Copper Association , 2014).
El cobre es producido a partir de materiales primarios y secundarios por una relativa baja cantidad de
refinerías, dando como producto un cátodo de cobre, el cual es fundido, aleado y posteriormente
procesado para la generación de barras, perfiles, cables, tuberías, laminas, entre otros, este proceso
puede ser realizado en el mismo sitio de la fundición, sin embargo, suele realizarse en otros sitios
(Cusano et Al, 2017).
El cobre puede ser reciclado sin pérdida de calidad y frecuentemente es aleado con zinc, níquel , entre
otros metales para producir una variedad de latones y bronces (COM, 1997). Estas aleaciones de
cobre se usan extensamente en una variedad de productos debido a que poseen excelentes
propiedades de conductividad eléctrica térmica, resistencia y conformabilidad, además tienen una
resistencia superior a la corrosión, fatiga y por lo general no son magnéticas, estos materiales también
se utilizan como soldadas las cuales son unidas mediante diversos métodos de gas, arco y resistencia
(International Copper Association , 2014).
3.1 Producción primaria del cobre
El cobre primario es producido mediante dos diferentes procesos bien sea pirometalúrgico o
hidrometalúrgico dependiendo del tipo de metal, ya sea oxidado o sulfurado. Las concentraciones
sulfuradas están compuestas por una mezcla compleja de cobre y sulfuros de hierro los cuales
posteriormente a su extracción de la mena son separados por flotación dando minerales que contienen
entre el 0.5 a 0.2% de cobre que van a un proceso de tostado; las concentraciones oxidadas son
solubles y permiten la obtención del material puro y se dirigen a un proceso de hidrometalurgia
(Cusano et Al, 2017).
La mayor cuota de producción del cobre primario se da por la lixiviación directa de minerales. El mineral
de sulfuro tiene un contenido entre el 0.5-0.2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina
mediante flotación para su transporte y uso final en la fundición, obteniéndose un concentrado de
cobre que contiene entre el 20 y 45
A continuación, se presenta una breve descripción de los procesos de producción primaria
3.1.1 Pirometalurgia La pirometalúrgia es usada cuando se encuentra sulfurado el metal, este método implica un
número de pasos dependiendo del concentrado usado.
39
El proceso inicia con el secado del concentrado con el fin de lograr un contenido de humedad del 7
a 8% hasta el 0.2% previo al proceso de fundido (Cusano et Al, 2017). Para realizar este proceso se
utilizan dos tipos de secadores:
1. Secadores de gas rotatorios calentados por gases de salida a partir de la combustión, los
cuales usa un sistema de tambor donde la emisión producida por la combustión del gas natural
es puesta en contacto con el concentrado húmedo y el agua allí presente es removida por
evaporación y adición al gas. (Gershel, T, 1998).
2. Secadores de espiral con corrientes calientes, cuyo rendimiento es directamente proporcional
a la presión de la corriente, un aumento de la presión hasta 20 bar aumenta la capacidad de
secado; para la recolección del agua una pequeña cantidad de aire de carga es introducida al
secador. (Gershel, T, 1998)
Posterior a este proceso se realizan las etapas de tostado, fundido, convertido, refinado y
electrorefinado, las cuales se presentan en la Ilustración 8.
40
Ilustración 8. Proceso de producción primaria de cobre, fuente (UBA, 2004)
A continuación, se revisa la etapa de fundido y tostado en la producción primaria de aluminio.
3.1.1.1 Fundido y tostado
Posterior al secado del concentrado se aplica un proceso de tostado y fundido llevado a cabo en un
horno a elevadas temperaturas para producir una mezcla que puede ser separada en mata de cobre
compuesta por , durante este proceso generalmente se agrega cal para ayudar a la formación de
escorias (Gershel, T, 1998).
41
Los gases sulfúricos generados en este proceso son transportados a plantas de producción de ácidos
y en algunos casos producción de SO2 líquido (Cusano et Al, 2017).
La etapa de fundido del concentrado es usada para separar el sulfuro de cobre de otros solidos
presentes en los minerales; proceso logrado mediante la formación de silicatos, principalmente
silicatos de hierro; esta reacción está relacionada con la elevada afinidad del cobre por sulfuros de
cobre comparado con otras impurezas metálicas (MCTG, 1998). Existen dos procesos básicos de
fundido los cuales son:
1. Fundido en baño: Utilizan un bajo grado de oxígeno en el proceso.
2. Fundido de fusión rápida. Utiliza un enriquecimiento de oxigeno lo cual genera elevadas
concentraciones de dióxidos sulfúricos que permite una recolección de gas efectiva mediante
sistemas de recolección de sulfuros.
Se ha observado que aquellos concentrados de cobre con bajos contenidos de sulfuros y elevados
contenidos de carbono orgánico deben desarrollar el proceso de fundido en un horno de eje u horno
alto y los gases resultantes con un contenido elevado calórico son usados como combustible adicional
en una planta de poder o incorporados al proceso de secado del concentrado. Por otro lado, para el
caso de concentrados de cobre muy contaminados, un tostado parcial convierte los sulfuros complejos
de hierro y cobre en complejos sulfúricos simples mediante el calentamiento del mineral o bajo
condiciones de oxidación, el gas resultante de estos procesos puede ser usado en plantas de
producción de ácidos (COM, 1991) (OSPARCOM, 1996).
3.1.1.2 Conversión
El proceso de conversión el cual es el paso de mineral a metal concentrado denominado cobre blíster
puede realizar mediante dos procesos que involucran el trabajo con la mata de cobre y un proceso
final para la conversión de aleaciones (Gershel, T, 1998), a continuación, se describe el proceso que
implica la mata de cobre, ya que el trabajo con aleaciones se considera en la producción secundaria
de cobre.
3.1.1.2.1 PROCESO CONVENCIONAL DE CONVERSIÓN DE MATA DE COBRE
El proceso convencional es desarrollado mediante el suministro de una mezcla de aire y oxígeno a
través de la mata de cobre recuperada del proceso de fundición mediante un horno generalmente
cilíndrico y adicionando fundentes (COM, 1991) (OSPARCOM, 1996). El cual se lleva en dos etapas:
En la primera etapa, el hierro y una parte de sulfuros que pueden estar presentes en la mata
son oxidados generando escorias y gases, las escorias son desnatadas periódicamente y
posteriormente procesadas para recuperar el cobre aún presente, normalmente esta etapa es
desarrollada en varias sub etapas con incrementos periódicos en las adiciones de mata de
cobre.
En la segunda etapa el sulfuro de cobre es oxidado a cobre blíster coloquialmente conocido
como ampollado con una pureza del 98.5% generando dióxido sulfúrico. El cobre ampollado
es aprovechado al final del proceso y el dióxido de azufre producido puede ser tratado para
recuperación de sulfuros.
42
Estas reacciones son fuertemente exotérmicas y volatilizan las impurezas metálicas como plomo y
zinc que son capturados en un proceso de reducción y recuperadas; el calor de proceso puede ser
usado para fundir escorias de ánodos y otras escorias de cobre llevando a ahorros energéticos.
(Cusano et Al, 2017)
3.1.1.2.2 PROCESO DE TRASFORMACIÓN CONTINUA DE MATA DE COBRE
El proceso de conversión continuo se desarrolla mediante el horno de conversión rápida Kennecott-
Outokumpu y un horno de conversión Mitsubishi y empleando un convertidor Noranda (Newman, C.J.
et al, 1998) (Helle, L. et al., 1994) (George, D.B. et al, 1995).
En el proceso la mata de cobre es granulada en agua, triturada y secada previamente al proceso de
fundido, posteriormente el material es mezclado con agentes de escoriación y alimentado a un
quemador u horno de fusión rápida en una atmosfera rica en oxígeno. El proceso produce un elevado
y constante nivel de sulfuros los cuales pueden ser recuperados para su aprovechamiento al igual
que las escorias y cobre blíster generados (Velten, 1998).
El uso de aleaciones en el proceso permite que la calidad del material sea balanceada y la tasa y
grado de enriquecimiento de oxigeno este adecuada para producir una conversión eficiente y óptima
(COM, 1991).
3.1.1.3 Refinado térmico, refinado electrolítico, fundido y colada.
La refinación térmica es el paso posterior a la conversión del cobre blíster producido en la etapa de
conversión, allí se generan ánodos de cobre que pasan a la etapa de refinado donde en una estructura
compuesta por ánodos y planchas de cobre puro se libera cobre anódico hacia los cátodos de alta
pureza y se precipitan los elementos no deseados en el material generando cátodos de cobre que van
al proceso de fundido y finalmente colado (Cusano et Al., 2017).
La producción primaria y secundaria de cobre posee las mismas características en las etapas de
refinado térmico, refinado electrolítico, fundición y colada, por lo cual los anteriormente nombrados se
enfatizan la sección 3.2¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. donde se explica la
producción secundaria de cobre.
3.1.2 Hidrometalurgia.
La hidrometalurgia se utiliza cuando el mineral esta oxidado o en mezclas de minerales con óxidos y
sulfuros en los sitios de minería donde hay suficiente espacio para un proceso de decantación y
áreas de tratamiento, este proceso es útil para minerales que son difícil de concentrar por métodos
convencionales y que no contienen metales preciosos, la Ilustración 9 presenta el proceso de
producción (Biswas, A.K. et al) (Kojo, I.V. et al, 1994) (MCTG, 1998).
43
Ilustración 9. Proceso hidrometalúrgico en la producción de cobre, fuente: (Riekkola-Vanhanen.M, 1999)
Las materias primas utilizadas en el procesamiento del cobre por hidrometalurgia son minerales
oxidados que se originan en la descomposición y oxidación de los minerales sulfurados de cobre,
dentro de estos se encuentran la malaquita (Cu2CO3(OH)2), la azurita(Cu3(CO3)2(OH)2), la crisocola
((Cu, Al)4H4(OH)8Si4O10·nH2O), la cuprita (Cu2O) y la brochantita (Cu4SO4(OH)6) (Riekkola-
Vanhanen.M, 1999).
El proceso de hidrometalurgia implica varios procesos como se ilustra en la Ilustración 9,a continuación
las distintas etapas son enunciadas y explicadas brevemente.
44
3.1.2.1 Triturado
La trituración y molienda: tienen por objeto reducir el tamaño de los minerales, siendo cada vez más
pequeño el tamaño de las partículas dependiendo de la operación ya sea primaria, secundaria o
terciaria; la trituración se realiza con materiales secos, mientras que la molienda puede hacerse con
materiales secos o húmedos. (UPV, 2016)
3.1.2.2 Lixiviación en bateas.
También conocido como sistema de lixiviación por percolación, consiste en la utilización de una
estructura de hormigón con forma de paralelepípedo, en donde se deposita el mineral previamente
triturado para posteriormente cubrirlo con las soluciones de lixiviación hasta 1/2 o 3/4 de su volumen.
En la utilización de este método se dispone de una serie de bateas ubicadas en serie una contigua a
la otra, donde cada batea está conectada a la siguiente de manera que permite la circulación de la
disolución entre estas aumentado así la concentración de cobre. (UChile, 2011)
3.1.2.3 Pozo de solución enriquecida y extracción del solvente.
El cobre obtenido del proceso de lixiviación es enviado a un pozo de solución enriquecida con H2SO4
para la obtención más pura del cobre; de este proceso se obtienen disoluciones de sulfato de cobre
con concentraciones de hasta 9 g/l de cobre. (UPV, 2016)
3.1.2.4 Decapado.
Las disoluciones obtenidas en los procesos anteriores no contienen suficiente cobre, por lo que se
aplica el decapado donde se extrae este cobre con disolventes orgánicos para separarlo de otras
impurezas obteniendo una disolución concentrada de cobre de estos disolventes, las disoluciones de
sulfato de cobre obtenidas alcanzan concentraciones de hasta 45 g/l de cobre. (UPV, 2016)
3.1.2.5 Electrodeposición
La disolución resultante en la etapa se electroliza en grandes plantas con cátodos de acero inoxidable
y ánodos inertes de plomo-antimonio que a través de un proceso de electrolisis permiten la extracción
de cobre sólido con una pureza del 99,99%; esta última electrólisis tiene elevado coste energético.
(UPV, 2016)
3.1.3 Emisiones de contaminantes al ambiente en la producción primaria de cobre
Como muchos procesos industriales, la producción de cobre primario genera impactos al ambiente,
los cuales dependen del estado de la materia prima y nivel tecnológico del proceso, a continuación,
se enuncian las posibles emisiones al aire, agua y residuos que se pueden generar durante el proceso,
ver Ilustración 10.
45
Ilustración 10. Entradas y salidas del fundido primario de cobre, fuente:(UBA,2007)
Tal como se ilustro anteriormente, el proceso primario de fundición de cobre difiere del proceso
secundario de producción de cobre en las etapas de fundido y tostado y en la etapa de conversión,
donde el material tostado y convertido es concentrado de cobre a diferencia de chatarras y aleaciones
como se evidencia en el proceso secundario.
3.1.3.1 Emisiones
En la etapa de tostado y convertido se emiten principalmente emisiones difusas de dióxidos de
azufre y polvos; a continuación, se describen las razones por las cuales se genera este
contaminante
46
3.1.3.1.1 Dióxido sulfúrico
Las fuentes más significantes de dióxido sulfúrico son las etapas de tostado y conversión de cobre
donde se usan elevadas concentraciones de azufre; las emisiones esperadas son principalmente
difusas. El origen de los contaminantes se da debido a que el cobre empleado tiene entre el 0.03 y
0.1% de sulfuro disuelto (Rentz, O. et al, 1999), así mismo depende el combustible empleado y la
tecnología empleada, ya que una elevada cantidad de oxígeno en la mezcla favorece su generación
(Traulsen, H, 1998).
3.1.3.1.2 Polvos
Las emisiones difusas de polvo se generan durante las operaciones de carga del material, así como
durante la transferencia entre procesos. Las emisiones de polvo representan aproximadamente el 70%
del total de las emisiones (UBA (A), 2004). Adicionalmente emisiones difusas pueden generarse
durante el manejo, pretratamiento y transporte, debido a resuspensión de polvo por procesos de
triturado, molido y aglomerado.
3.1.3.2 Vertimientos
En los procesos de tostado y convertido se emplea agua en el proceso continuo de transformación
de mata de cobre donde el material es granulado en agua, triturado y secado por lo cual los
vertimientos de agua contendrán elevados niveles de sulfuros, los cuales pueden ser recuperados y
el agua debe ser tratada antes de su disposición final.
3.1.4 Situación nacional de la producción primaria de cobre En Colombia no existe producción primaria de este metal, la producción es puramente secundaria
empleando material reciclado; se estima que el 85% del cobre utilizado en el país está presente en
productos semielaborados o finales en la industria eléctrica. (UPME, 2013)
En cuanto a la producción del mineral cobre en el país solo existe una mina de cobre activa ubicada
en el Carmen de Atrato, esta mina es explotada por métodos subterráneos, con una recuperación del
90% y una producción anual del orden de 12,000 toneladas de concentrados con un contenido
promedio de 22% de cobre, los cuales son exportados en su totalidad a Japón (Ministerio de Minas y
Energia, 1996).
Se han identificado sulfuros masivos volcanogénicos en la cordillera occidental en el Choco y Valle del
Cauca, los cuales justifican su exploración y evaluación detallada ya que presentan contenidos altos
de oro y plata que incrementan de manera notable su valor. No obstante, el valor reducido de estos
yacimientos no amerita el montaje de plantas de fundición y refinación, sino que representa un
potencial interesante para el desarrollo de proyectos de pequeña y mediana minería. (Ministerio de
Minas y Energia, 1996)
3.2 Producción secundaria de cobre El cobre secundario es producido por procesos pirometalurgicos a los que se les sustrae o remueve
etapas dependiendo del contenido de cobre en el material de alimentación, su tamaño, distribución y
otros componentes (Traulsen, H, 1998).Al igual que en el proceso primario pirometalurgico, varias
etapas son usadas para remover los componentes no deseados y recuperar la mayor cantidad de
metal puro aprovechable a partir de los residuos entregados a la planta. (Rentz, O. et al, 1999).
47
Los diferentes materiales son presentados en la TABLA , con la cual es posible determinar que
tecnología emplear y que sistemas de tratamiento para la captura de gases.
Material Contenido de
Cobre ( Wt-%) Fuentes
Lodos mezclados de cobre 1-25 Galvanizado
Desechos de computadoras 15-20 Industria electrónica
Lodos separados de cobre 2-40 Galvanizado
Materiales de cobre-Hierro
(Homogéneo/Heterogéneo) de armazones,
estatores, rotores, etc.
10-20 Industria eléctrica
Residuos de bronces, cenizas y escorias que
contengan cobre 10-40
Fundiciones, plantas de productos semi-
finalizados
Residuos de bronces rojos, cenizas y escorias
que contengan cobre. 10-40
Fundiciones, plantas de productos semi-
finalizados
Material triturado 30-80 Plantas trituradoras
Radiadores de cobre-latón 60-65 Vehículos automotores.
Chatarra de bronce mezclada 70-85
Contadores de agua, piñones, válvulas,
grifos, componentes electrónicos,
rodamientos, propulsores, conexiones.
Chatarra de cobre ligero 88-92 Láminas de cobre, aleros, canaletas,
calentadores de agua, tuberías.
Chatarra de cobre pesado 90-98 Laminas, perforadoras de cobre, cables,
tuberías.
Chatarra de cobre mezclada 90-95 Chatarra de cobre ligero y pesado
Gránulos de cobre. 90-98 Molienda de cables
Chatarra de pureza 1 99 Productos semi-finalizados, alambres, tiras.
TABLA 15. MATERIALES DE ALIMENTACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN SECUNDARIA DE COBRE, FUENTE: (RENTZ, O. ET
AL, 1999)
A continuación, se muestran las etapas de producción secundaria de cobre.
3.2.1 Etapas de la producción secundaria de Cobre El proceso de cobre secundario se evidencia en la Ilustración 11 junto con las entradas y tecnología
empleada en cada etapa.
48
Ilustración 11. Proceso de fundido cobre secundario, entradas y tecnología empleada, fuente:
(Traulsen.H,1998)
A continuación, se revisan las diferentes etapas de producción.
3.2.1.1 Fundido bajo condiciones de reducción
El proceso de fundido bajo condiciones de reducción al igual que el tostado en el proceso primario de
cobre tiene como objetivo la eliminación de elementos no deseados en el material de alimentación.
El material de alimentación generalmente está compuesto por chatarra eléctrica y electrónica,
aleaciones de cobre, escorias ricas en cobre, virutas de cobre, polvo proveniente de filtros y ciclones,
lodos de precipitación y cables cubiertos, que de no ser tratados previo al proceso de fundido y colado
49
llevaran a generar cobre de baja calidad y emisiones; para la eliminación de estos compuestos no
deseados se emplean elementos como hierro, carbón y agentes fundentes en el proceso (UBA (A),
2004)
3.2.1.2 Procesos de conversión
El proceso de conversión en el fundido secundario de cobre tiene como objetivo recuperar la fracción
de cobre de aleaciones generalmente en un horno eléctrico, en el horno son agregados el material
que va a ser tratado y caliza que tiene como función ayudar a la escoriación del hierro y plomo oxidado,
así mismo para prevenir la sobre oxidación del cobre es agregada una pequeña cantidad de coque al
lote, estos ciclos de conversión tienen una duración mínima de 8 horas. (Cusano et Al., 2017). El
material obtenido posterior a este proceso es cobre blíster el cual pasa al proceso de refinado térmico.
3.2.1.3 Refinación térmica.
La refinación térmica tiene como objetivo oxidar las impurezas y remover las trazas de sulfuros del
cobre blíster involucra la adición de aire y agentes reductores.
El proceso de refinado térmico es realizado en hornos cilíndricos rotatorios y en ocasiones hornos de
reverbero con inyección de aire; el proceso inicia con la adición al horno de cobre blíster que al
encontrarse fundido se le agrega un agente reductor como gas natural o propano para la remoción de
oxígeno disuelto en la mezcla; amonio también puede ser utilizado como agente reductor, pero
aumentara los niveles de NOx, la inyección de gas a través de boquillas permite que se dé una
agitación del material fundido optimizando el proceso (COM, 1991) (OSPARCOM, 1996) (Traulsen, H,
1998). Antiguamente eran empleados postes de madera o troncos como agentes reductores (Kojo et
al, 2006).
3.2.1.4 Refinación electrolítica.
La refinación electrolítica es empleada para lograr la máxima pureza del cobre, este proceso es
realizado en una celda electrolítica donde se ubican ánodos y planchas de cobre puro cumpliendo la
función de cátodo sobre una solución de sulfato de cobre denominada electrolito. El proceso permite
liberar cobre anódico hacia los cátodos de alta pureza y genera elementos que no se disuelven y que
se depositan en el fondo de las celdas formando lo que se conoce como barro anódico en el cual se
encuentra oro, plata, selenio, platino y paladio que son aprovechados en otro proceso. (COM, 1991)
Para la remoción de los metales diferentes al cobre se emplean sistemas típicos de purificación que
usan electrodeposición, evaporización, cristalización y posterior refinamiento dependiendo del material
a recuperar (OSPARCOM, 1996) .
3.2.1.5 Fundición
El proceso de fundido se da en un horno eléctrico o de inducción y dependiendo de la tasa de fundición
requerida puede darse de manera continua en un horno alto, los hornos de crisol y rotatorios también
pueden ser usados, y además del fundido, permiten el proceso de refinado térmico (Cusano et Al.,
2017).
En hornos eléctricos el gas es capturado y tratado mediante ciclones y posteriormente filtros de manga;
para hornos cuyo combustible es gas es indispensable el control de los quemadores para la reducción
de CO (VDI, 2007).
50
3.2.1.6 Colado
El metal fundido puede ser colado de manera continua o por lotes, el colado continuo usa sistemas
tanto horizontales como verticales, mientras que el colado por lotes usa un sistema vertical.
(Eurometaux, 1998) que permiten la formación de tacos, placas o barras.
3.2.1.6.1 Producción de lingotes de cobre y sus aleaciones.
Las aleaciones de cobre son producido mediante la mezcla con otros metales como níquel, estaño,
zinc y aluminio. (VDI, 2007), las características deseadas de la aleación son logradas con adiciones
controladas de ciertos metales y ocasionalmente aleaciones maestras.
Este proceso de fundición para generar aleaciones puede realizarse en hornos rotatorios o de
inducción, los primeros son usados parar chatarras sucias ya que permiten la fácil adición de fundentes
para separación de componentes no deseados dentro de los que destaca el hierro que es atrapado
en las escorias, posteriormente separado y aprovechado posteriormente (COM, 1998).
Para el ajuste de las aleaciones se muestrea el fundido se analiza y realizan los cálculos. Una vez
obtenida la aleación deseada, el metal es trasportado y se realiza alimentación a una cadena de
moldes normalmente tratados con un mineral para prevenir pegados y generaciones de humos a partir
de aceites (Cusano et Al., 2017).
Algunas plantas emplean aleaciones maestras con el fin de lograr propiedades especificas del
material, este tema es tratado a continuación.
3.2.1.6.1.1 Aleaciones maestras
La aleación maestra es un material en estado sólido con una elevada cantidad de elementos de
aleación diseñada para ser mezclada con el fundido actuando como vehículo para la introducción de
diferentes elementos que traen beneficios como reducción de la oxidación y modificación de las
propiedades logrando el fundido deseado. Las aleaciones maestras son producidas en hornos a los
cuales se les aplica sistemas de reducción y tratamiento rigurosos ya que se utilizan materiales
extremadamente peligrosos como berilio, o materiales reactivos para la producción.. (Sicre, J.A, 2009)
Las aleaciones maestras generales son: Cobre y fosforo (CuP), Cobre y Níquel (CuNi), Cobre zinc y
plomo (CuZnPb) y cobre berilio (CuBe). (Sicre, J.A, 2009)
3.2.2 Emisiones de contaminantes al ambiente de la producción secundaria de cobre.
Como muchos procesos industriales, la producción de cobre primario y secundario genera impactos
al ambiente, los cuales dependen del nivel tecnológico del proceso, a continuación, se enuncian las
posibles emisiones al aire, agua y residuos que se pueden generar durante el proceso, ver Ilustración
12. Ilustración 12. Proceso de producción secundario de cobre, entradas y salidas, fuente: (UBA,2007)
51
Ilustración 12. Ilustración 12. Proceso de producción secundario de cobre, entradas y salidas, fuente:
(UBA,2007)
3.2.2.1 Emisiones
Las emisiones al aire pueden ser emisiones de chimenea y emisiones difusas dependiendo de la
antigüedad de la planta y la tecnología usada. Las emisiones de chimenea pueden ser monitoreadas
de manera continua como material particulado o periódicamente como en el caso de PCDD/PCDF
para el reporte a la autoridad competente (Cusano et Al., 2017).
Las potenciales emisiones son: polvo, PM10 y PM 2.5, componentes metálicos, componentes
orgánicos (TOCs y PCDD/PCDF), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), dióxidos de
azufre (SO2), cloruros, cloruro de hidrogeno y fluoruro de hidrogeno (Cl2, HCl y HF) (Mantle et a,
1998).
52
Una porción importante de las emisiones de estas sustancias es producida por la contaminación
presente en el material de alimentación y del combustible usado Ver Tabla 14.
Fuente de emisión Polvo y
metales PCDD/F
Carbono
orgánico
Compuestos
azufrados
Manejo del material ** NR NR NR
Almacenamiento de
materiales primarios *** NR NR NR
Secado *** * * *
Tratamiento de chatarra. ** ***(Proc
secundario)
***(Proc
secundario) NR
Fundido *** ***(Proc
secundario) *(Proc secundario)
***(En planta de
recuperación)
Conservación * NR NR *
Convertido ** *(Proc
secundario) *(Proc secundario) NR
Refinado ** *(Proc
secundario) *(Proc secundario) *
Fundido/Colado * (** en
aleaciones) *
*(Proc secundario)
+ CO NR
Transferencia de crisoles *** NR NR *
Electrolisis NR NR NR NR
Tratamiento de escorias ** NR *CO (En horno
eléctrico) *
Donde:
***: Mas importante
*: Menos importante
NR: No relevante.
Tabla 14. Potenciales emisiones al aire de la producción de cobre, fuente: (Cusano et Al., 2017)
Las emisiones generadas en la producción secundaria de cobre son nombradas a continuación.
3.2.2.1.1 Óxidos de nitrógeno.
La generación de Óxidos está directamente relacionada con de la presencia de nitrógenos y elevadas
concentraciones en zonas de alta temperatura, por lo cual se disminuye la presión para reducir las
emisiones, los niveles típicos de emisión para los óxidos de nitrógeno se encuentran en el rango de
50 a 500 mg/Nm2 dependiendo del horno y el tipo de operación (Cusano et Al., 2017); para NOx, el
uso de procesos altamente eficientes requiere que un balance de energía sea consolidado entre la
temperatura, nitrógeno y oxígeno y el valor objetivo del material fundido; su producción es
53
relativamente insignificante y puede ser absorbido por el gas sulfuroso, o instalando quemadores de
como tecnología de control (DFIU-University Karlsruhe, 1996).
3.2.2.1.2 Monóxido de carbono
Los procesos de fundición con atmosfera de reducción generan un monóxido de carbono; en procesos
donde se utilicen elevados niveles de oxígeno 21 hay presencia de CO con un nivel típico de
5000mg/Nm3 (Eurometaux, 1998),así mismo, el monóxido de carbono es producido durante
operaciones de limpieza de escorias por lo cual alarmas de control para CO y quemadores pueden
ser incorporados la minimización de su generación y mantenimiento de la calidad deseada y
manteniendo concentraciones típicas en el rango de 10 a 200mg/Nm3 CO. (Eurometaux, 1998) (Rentz,
O. et al, 1999).
3.2.2.1.3 Compuestos metálicos y polvo
Las emisiones directas y difusas de polvo y compuestos metálicos son potencialmente elevadas,
generando metales volátiles como zinc, plomo, arsénico y cadmio presentes en el gas y parcialmente
en el polvo. (Cusano et Al., 2017) Las emisiones difusas pueden generarse durante los ciclos de carga
y aprovechamiento, por lo cual el sellado de las puertas de carga es un factor importante. Posterior al
proceso de sellado se da una posterior limpieza del gas aplicando sistemas de enfriamiento rápido y
remoción de polvo por corrientes de aire a través de precipitadores electrostáticos y filtros de tela
(Winter, B. et al, 1999) (Traulsen, H, 1999).
En operaciones donde no sea posible el sellado, las emisiones deben ser controladas por sistemas de
recolección secundaria para reducir emisiones difusas y por consiguiente el potencial de vapores
generados, los polvos y metales pueden ser emitidos en la mayoría de etapas del proceso por lo cual
una técnica previa debe ser aplicada para el tratamiento a partir del manejo, almacenamiento, secado
y etapas de tratamiento del material de alimentación (Eurometaux, 1998), ver sección 4.1.1, a
continuación se muestran las principales emisiones de polvo y metales en los diferentes procesos
pirometalurgicos de producción de cobre, ver Tabla 15.
21 Con el fin de obtener un elevado nivel de conductividad en el cobre.
54
Componente
Polvo de
conversión a
mate en un
horno de
fundido, con
ESP.
Polvo de
Hornos
Blast.
Polvo de
convertidores
de chatarra.
Polvo de
conversión
de mate.
Polvo de
limpieza de
escorias en
horno
eléctrico.
Polvo de
horno
anódico.
Pb (%) 0.1-5 5-50 5-30 2-25 2-15 2-20
Zn (%) 0.1-10 20-60 25-70 5-70 25-60 5-40
Sn (%) 0.1-1 0.5-5 1-20 0.1-4 NR NR
Cu (%) 5-30 2-12 2-15 10-25 0.5-2.5 15-25
As (%) 0.1-4 NR NR NR NR 0.5-10
Ni (%) 0.1-1 0.1-1 NR 0.1-1 NR NR
NR: No relevante
TABLA 15. PRINCIPALES COMPUESTOS EN POLVOS DE PROCESOS METALÚRGICOS DE COBRE. FUENTE: (TRAULSEN, H. 1999)
3.2.2.1.4 Compuestos carbono orgánico
Los compuestos de carbono orgánico son emitidos en la producción secundaria y primaria de cobre,
las fuentes más significativas son las etapas de tratamiento de chatarras, fundido y refinado. La etapa
de conversión del cobre secundario es también una fuente potencial si la chatarra añadida al
convertidor se encuentra contaminada, así mismo, si no hay una combustión completa (Austria,
Brixlegg, 2007).
Los rangos de producción de compuestos orgánicos si el material de carga se encuentra cubierto de
aceites es: 5 a 100 gramos por tonelada o entre 1mg/Nm3 y 10 mg/Nm3. Así mismo los compuestos
orgánicos volátiles pueden ser emitidos por desengrase y procesos de extracción de solventes.
(Cusano et Al., 2017)
3.2.2.1.5 PCDD/F
La formación de PCDD/F se da principalmente en la zona de fundición y zona de enfriamiento, ya que
debido a la presencia de plásticos y aceites en el material de carga y las temperaturas y condiciones
atmosféricas permiten de novo synthesis si los gases no son enfriados lo suficientemente rápido.
El tratamiento de chatarras para la remoción de contaminantes orgánicos puede aplicarse para
prevenir la emisión, así como sistemas de pos quemado; cuando no es posible el tratamiento de los
gases de los hornos en un posquemador, pueden ser oxidados añadiendo oxígeno en la zona de
fundido y capturados en su punto de generación (VDI, 2007); si grandes cantidades de chatarra
electrónica con retardantes de flama bromados son usadas como material de carga, esto puede
resultar en la formación de dioxinas halogenadas y en el caso del refundido o refinado las condiciones
pueden existir cuando el material está contaminado con cloro (Cusano et Al., 2017).
3.2.2.1.6 Dióxido sulfúrico
Las fuentes más significantes de dióxido sulfúrico son las etapas de tostado y conversión de cobre en
donde se usan elevadas concentraciones de azufre; las emisiones esperadas son principalmente
55
difusas principalmente en el secado usando el quemador y en el refinado donde el cobre empleado
tiene entre el 0.03 y 0.1% de sulfuro disuelto. La concentración en el gas es generalmente muy baja y
un depurado simple de gases puede ser aplicado y será efectivo, para evitar las emisiones, el uso de
hornos sellados permite que el dióxido de azufre sea recolectado de manera eficiente (Rentz, O. et al,
1999).
El dióxido de azufre también puede estar presente en los gases producidos durante las etapas del
fundido, conversión y refinado térmico debido al contenido de azufre en el combustible o materiales
de alimentación por lo cual depuradores son usados para remover el SO2 y en casos donde halla
horno eléctrico los gases son desviados a fundidores previos y posteriormente a plantas de ácido
sulfúrico; la elevada presencia de oxigeno influye en la generación de trióxido de azufre, este gas a
partir del horno es absorbido por los depuradores y aumenta la cantidad de ácidos débiles para el
tratamiento y posteriores usos y disposiciones (Traulsen, H, 1998).
3.2.2.2 Vertimientos
El agua es usada principalmente para el enfriamiento en procesos pirometalurgico por lo cual solidos
suspendidos, compuestos metálicos y aceites pueden ser emitidos al agua, esta agua residual es
tratada para la remoción de metales y solidos disueltos previo a su vertido, en algunas instalaciones
el agua de lluvia es reusada mediante la mezcla con agua de enfriamiento, sin embargo todas las
fuentes deben ser tratadas por separado según lo requerido; los puntos potenciales para la emisión
de agua son mostrados en la Tabla 16
Fuente de la emisión Solidos suspendidos Compuestos metálicos Aceite
Drenaje superficial *** ** ***
Agua de enfriado en sistema directo *** *** *
Agua de enfriado en sistema indirecto * * NR
Agua para granulación *** ** NR
Decantado *** *** *
Decapado ** *** ***
Tanques de almacenamiento NR *** NR
Sistemas de depurado *** *** NR
Donde:
***: Mas importante
*: Menos importante
NR: No relevante.
Tabla 16. Emisiones potenciales al agua en procesos de producción de Cobre
El agua empleada es un valor a tener en cuenta, así que algunas instalaciones utilizan sistemas de
recolección de agua y sistemas de recirculación; el agua descargada en una planta es de 3000m3/d
56
mientras que en plantas similares que no hacen recirculación y tienen la misma producción, tienen
un consumo de 100.000m3/día (UBA (A), 2004).
3.2.2.2.1 Solidos suspendidos y compuestos metálicos
Los sólidos suspendidos y compuesto metálicos pueden ser emitidos durante las diferentes etapas del
proceso, siendo las aguas residuales y aguas de enjuague las más significativas, las aguas
superficiales pueden generarse por aguas lluvia y del humedecimiento del material almacenado para
la formación de polvo (Cusano et Al., 2017). El agua usada en los procesos electrolíticos almacenada
en tanques, líneas de decapado y en depuradores contienen cantidades significantes de compuestos
metálicos en la solución y son tratados antes de ser descargados al agua (M. Barry et al, 1993),ver
Tabla 17
Fuente
Principales compuestos previo a tratamiento.
( mg/l)
Cu Pb As Ni Cd Zn
Aguas de proceso 2000 500 10000 1000 500 1000
Agua de precipitación 15-30 <5 <2 <2 <0.5 1-10
Agua de enfriamiento directo <3 <0.5 <0.1 <0.1 <0.05 <0.5
Tabla 17. Concentraciones anuales de los principales compuestos de agua residual sin tratamiento de
una planta fundidora de cobre, Fuente: (UBA(A), 2007)
En las etapas de enfriamiento, granulado y decantada y las emisiones son mínimas, por lo cual los
sistemas deben estar sellados, y el agua posteriormente recirculada en el proceso cabe resaltar que
en el sistema pueden presentarse fugas por lo cual un sistema de control y acciones de monitoreo
son requeridas para las tuberías fuera de la planta y en áreas sin sistemas de recolección (M. Barry
et al, 1993).
3.2.2.2.2 Aceite
Ceras y aceites son usados en los procesos de coberturas y formado de tubos y alambres, y su
presencia debe ser tenida en cuenta para prevenir la contaminación del agua, además puede estar
presente en materiales secundarios y puede ser lavado de las áreas de almacenamiento (Cusano et
Al., 2017).
3.2.2.3 Residuos solidos
Algunos productos intermedios generados durante la producción de cobre son clasificados como
residuos peligrosos de acuerdo a la legislación, sin embargo, muchos de estos materiales contienen
cantidades recuperables de cobre y otros metales no ferrosos; estos materiales dependiendo de sus
características pueden ser considerados como productos o usados como material de alimentación en
su propio proceso (VDI, 2007), para prevenir la generación de emisiones difusas durante su manejo
deben ser apropiadamente transportados mediante sistemas especialmente diseñados y tratados
según lo requiera la etapa en la cual será reincorporado, Ver Tabla 18.
57
Proceso Residuo Uso final
Sistemas de tratamiento
Filtros de polvo
-Material de alimentación para fundido
-Yeso para la venta
-Calcio para venta
-Pb, Zn y otros metales
Compuestos de mercurio
Catalizadores gastados
Lodos de ácidos sulfúricos
Ácidos débiles
-Industria química
-Neutralización
-Otros usos, ejemplo: Lixiviación en ácido
sulfúrico.
Fundidor Escorias
-Material de alimentación
-Reciclado interno
Revestimientos de horno -Recuperación o disposición final
Convertido Escoria -Al horno
-Reciclaje interno
Escoriado de horno Escoria -Material abrasivo
-Material de construcción
Refinado Escoria -Al horno
-Reciclaje interno
Tanque de la planta
Vertimientos de purga
-Sales de Níquel
-Recuperación de cobre
-Recuperación de ácidos
Ánodos gastados -Reciclaje interno
-Convertido
Lodo anódico -Recuperación de metales preciosos
Fundición/Fusión Natas y escorias -Recuperación de metales
Flotación Escorias -Producción cementera
Tratamiento de aguas
residuales Yeso limpio
-Reutilización en horno como fuente de
calcio
General Aceites -Recuperación de aceites
Hidrometalurgia Electrolito empobrecido -Decantado
58
Producción de laminados Soluciones acidas para decapado y
enjuague
-Disposición final como vertido
-Venta para recuperación de metales
Producción de barras Soluciones acidas -Recuperación en celdas electrolíticas
-Recuperación de Cobre
Tabla 18. Residuos de la producción de cobre, fuente: (Eurometaux,1998)
Los porcentajes de residuos destinados para disposición final deben ser mantenidos al mínimo y
principalmente consisten en lodos ácidos de las plantas de ácidos sulfúricos, los cuales son tratados
y enviados para disposición final o coberturas de horno, estos no pueden ser recuperados en el
proceso por lo cual estos desechos son dispuestos en sitios diferentes o en el mismo sitio al igual que
los residuos domésticos o de demolición (VDI, 2007).
3.2.3 Situación nacional en la producción secundaria del cobre La industria secundaria de los metales es sustentable. ya que los metales son infinitamente reciclables
y la estructura atómica del cobre no es alterada durante el proceso de fundición por lo que es posible
su reciclaje por completo sin que exista pérdida de calidad o valor económico.
El cobre para el año 2015 tuvo una producción secundaria total de 2393 toneladas, ver Ilustración 13
Ilustración 13. Variación anual de la producción secundaria estimada de cobre en Colombia. años: 2003-2015.
Fuente EAM. DANE.
La producción del país se reparte principalmente en los departamentos de Antioquia, Valle del Cauca,
Caldas y Bogotá a cargo de las autoridades ambientales AMVA, CVC, y CAR respectivamente.
-
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
Año 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
To
nel
adas
59
A continuación, se presenta la información obtenida de los expedientes de las autoridades previamente
nombradas:
3.2.3.1 Área Metropolitana del Valle de Aburrá – AMVA.
De acuerdo a la revisión de expedientes en el departamento de Antioquia bajo la jurisdicción del AMVA
se encuentran dos empresas, con una producción de 867 Toneladas anuales respectivamente
representando el 6 y 7% de la producción estimada anual en Colombia.
La información encontrada es mostrada a continuación.
3.2.3.1.1 EMPRESA NÚMERO 1
Es una empresa dedicada a la producción de cobre y latón empleando un sistema de clasificación y
selección donde se rechazan metales con recubrimiento de plástico, pinturas y mezclados con otros
metales diferentes al cobre, el proceso da inicio en una etapa de fusión con una cantidad de 180 kg
de material remanente dentro del horno que se encuentra a una temperatura superior a los 1000ºC,
posteriormente se adiciona material al horno para alcanzar la cantidad de 900 kilos y las temperaturas
que se requieren para un óptimo fundido22.
Dentro de su infraestructura encontramos dos hornos de inducción para fundición de latón, dos crisoles
para la fundición de cobre, dos hornos de recocido para laminación, un horno de recocido para latón
de trefilería y un horno de extrusión. El combustible empleado en estos hornos es gas natural y cuentan
con ductos de ventilación sellados y filtros de manga como sistemas de colección y control.
3.2.3.1.2 EMPRESA NÚMERO 2
Es una empresa dedicada a la fundición de cobre y latón para la producción de materia prima en diferentes presentaciones como láminas, rollos, flejes y platinas de empresas de diferentes sectores como el eléctrico, autopartes, insumos textiles, agrícola, entre otros, las cuales son transformadas en productos terminados, la planta emplea como materia prima lingotes de cobre y chatarra. Dentro de su infraestructura se encuentra un horno de fundición de inducción eléctrica y seis hornos
de tratamiento térmico, respecto al combustible empleado, y los sistemas de colección y control no
se encuentra el reporte correspondiente.
3.2.3.2 Corporación autónoma regional del Valle del Cauca
3.2.3.2.1 EMPRESA NÚMERO 1
En el Valle del Cauca se encuentra una empresa dedicada a la refinación y transformación del cobre
en productos de cobre y aleaciones para la industria eléctrica y metalmecánica. Previo al proceso de
fundido, la empresa realiza un proceso de clasificación separando la chatarra en retales de latón y
cobre y material desagregado como cables y plásticos.
La planta logra una producción de 5000 toneladas anuales, representando el 75% de la producción
nacional colombiana con unas temperaturas en el proceso de fundición que oscilan entre 1180 a
1200ºC.
22 1200°C para cobre y 1000°C para el latón.
60
Dentro de su infraestructura encontramos: un horno de inducción eléctrico y un horno rotatorio
basculante, en estos hornos se emplea como combustible gas natural y cuentas con filtros de manga
como sistema de colección y control.
3.2.3.3 Corporación Autónoma Regional – CAR. Departamento de Cundinamarca.
3.2.3.3.1 EMPRESA NÚMERO 1
En la jurisdicción de la corporación autónoma Regional se encuentran una empresa dedicada a la
actividad de fundición y fabricación de partes en metales ferrosos y no ferrosos para toda clase de
maquinaria y equipo industrial, trasformación, refinación de metales, comercialización de hierro,
aleaciones y otros artículos metalúrgicos. Los principales productos incluyen bujes, varillas y otras
piezas de bronce, latón y cobre con una producción de 759 toneladas anuales estimadas que
representa el 11% de la industria colombiana.
Dentro de su infraestructura encontramos: un horno eléctrico, dos hornos giratorios y un sistema de
colado continua, la materia prima empleada es chatarra de cobre.
3.3 Legislación nacional Colombia cuenta con la Resolución 909 de 2008, donde se establece los estándares de emisión
admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas. En ésta resolución se establece un
estándar de emisión de 0.5 ng-EQT/m3 para dioxinas y furanos en la actividad industrial de fundición
de cobre donde se “aplique cualquier proceso o instalación de producción de cobre secundario, en el
que se utilicen materiales primos oxidadas o metálicas”, y establece que se deben monitorear los
contaminantes MP, SO2, Cu y Dioxinas y Furanos respectivamente.
A continuación, en la Tabla 19 se establecen los límites de emisión para los diferentes contaminantes
a monitorear en la industria de cobre en Colombia.
Contaminante Flujo del contaminante
(kg/h)
Estándares de emisión admisibles de contaminantes (mg/m3)
Actividades industriales existentes
Actividades industriales nuevas
Material particulado (MP) ≤ 0,5 250 150
> 0,5 150 50
Dióxido de Azufre (SO2) Todos 550 500
Óxidos de Nitrógeno (NOx)
Todos 550 500
Compuestos de Flúor Inorgánico (HF)
Todos 8
Compuestos de Cloro Inorgánico (HCl)
Todos 40
Dioxinas y Furanos Todos 0.5
Cobre (Cu) y sus compuestos
Todos 8
Tabla 19. Estándares de emisión admisibles de contaminantes, Cobre, Resolución 909.
Es de resaltar que en el PROTOCOLO PARA EL CONTROL Y VIGILANCIA DE LA CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA GENERADA POR FUENTE FIJAS se establece que “aquellas actividades
industriales que de acuerdo con lo establecido en el artículo 6 de la resolución 909 del 5 de junio de
61
2008 o la que la adicione, modifique o sustituya, deban monitorear dioxinas y furanos, deberán realizar
la medición de dichos contaminantes en los casos en los que el flujo de material particulado sea
superior a 0,5kg/h” razón por la cual muchas de las empresas son eximidas de la obligación de
muestrear dioxinas y furanos.
Anterior a la Resolución 909, se tenía Decreto 948 de 1995 donde no se exigía permiso de
emisiones, pero cumplimiento de las normas establecidas en el Decreto. Las emisiones
determinadas eran Material Particulado, SOx, y NOx.
En el caso de Calidad del Aire, la legislación incluye la Resolución 610 del año 2010, donde se
especifica los estándares Calidad del Aire con las cuales las empresas comparaban sus resultados,
y la Resolución 2254 del año 2017, donde se establecen los niveles máximos permisibles a partir de
enero de 2018, los cuales se presentan en la Tabla 20
Contaminante
Resolución 610 Resolución 2254
Nivel Máximo Permisible (µg/m3 )
Tiempo de Exposición
Nivel Máximo Permisible (µg/m3 )
Tiempo de Exposición
PST 100 Anual
300 24 horas
PM10 50 Anual 50 Anual
100 24 horas 100 24 horas
PM2.5 25 Anual 25 Anual
50 24 horas 50 24 horas
SO2
80 Anual
250 24 horas 50 24 horas
750 3 horas 100 1 hora
NO2
100 Anual
150 24 horas 60 24 horas
200 1 hora 200 1 hora
Tabla 20. Estándares de Calidad de Aire, Resolución 610 y Resolución 2254.
4 Mejores técnicas disponibles y Buenas Prácticas Ambientales. Las mejores técnicas disponibles (MTD) son aquellas aplicadas al proceso de producción,
técnicamente relevantes por su eficacia, comercialmente disponibles y que se pueden encontrar tanto
en instalaciones presentes como futuras, se caracterizan por: generar pocos residuos, usar sustancias
menos peligrosas, fomentar la recuperación, reducir el uso de materias primas, aumentar la eficacia
del consumo de energía, prevenir o reducir al mínimo el impacto global de las emisiones y los riesgos
para el medio ambiente, disminuir el riesgo de accidentes y reducir sus consecuencias para el medio
ambiente. (IPPCs, 2007); según el artículo 5 del Convenio de Estocolmo las MTD se entienden como
la etapa más eficaz y avanzada en el desarrollo de actividades y sus métodos de operación que indican
la idoneidad práctica de técnicas específicas.
Las buenas Prácticas Ambientales (BPA) se basan en la realización de una serie de acciones cuya
finalidad es la mejora del medio ambiente en el lugar de trabajo, reduciendo las pérdidas sistemáticas
o accidentales de materiales, en forma de contaminantes ya sean residuos, emisiones o vertimientos.
(IPPC, 2007); según el artículo 5 del Convenio de Estocolmo es la aplicación de las medidas y
estrategias de control ambiental más adecuadas.
62
En esta sección se presentan las mejores técnicas disponibles para la prevención y reducción de
vertimientos, emisiones y residuos, así como técnicas para reducir el consumo de recursos.
Las técnicas están basadas en la información suministrada por la industria y están comercialmente
disponibles; pueden ser entendidas gracias a ejemplos que demuestran su funcionamiento.
4.1 Mejores técnicas disponibles y buenas practicas ambientales generales
Las técnicas generales son aquellas aplicadas a la totalidad del proceso metalúrgico sin tener énfasis
especial entre producción primaria o secundaria caracterizadas por lograr un elevado nivel de
protección ambiental en las actividades de producción metalúrgica de Cobre y Aluminio.
Las MTD generales tienen en cuenta sistemas de gestión, técnicas integradas y medidas aplicadas
previo al proceso, a diferencia de las técnicas específicas aplicadas al final del tubo, se tiene en cuenta
la correcta prevención y gestión de residuos, incluyendo procesos de minimización y reciclado, así
como las técnicas para reducir el consumo de material de alimentación, agua y energía mediante su
optimización, uso y reusó. Estas técnicas también hablan de medidas para prevenir y reducir las
emisiones durante las condiciones de operación y funcionamiento de manera normal como
operaciones de inicio, fugas, malfuncionamientos, detenciones momentáneas y cese definitivo de
operaciones (Cusano et Al., 2017).
Las emisiones pueden ser difusas o puntuales, a continuación, son nombradas.
4.1.1 Emisiones difusas Las emisiones difusas son aquellas no localizadas, es decir que no salen por una chimenea, por
ejemplo, vapores o emanaciones de gases ocasionados por fugas, derrames, transporte, manipulación
de sustancias entre otras, haciéndolas difíciles de controlar ya que antes de salir a la atmósfera se
propagan por el interior de las instalaciones (ISTAS, 2010).
Las técnicas utilizadas para la reducción de emisiones difusas giran en torno a la jerarquía prevención,
minimización y recolección de vapores de la fuente de emisión. Las valoraciones de las potenciales
fuentes de emisión deben llevar a un plan de acción junto con el sistema de gestión medioambiental.
En esta valoración se debe tener en cuenta la resuspensión de materiales oxidados de trabajos
abandonados, áreas de almacenamiento y puntos de disposición debido a la acción del viento y
movimientos de vehículos.
Este plan de acción para emisiones difusas debe tener en cuenta análisis y medidas de las industrias
generadoras de emisión y el total de emisiones difusas, identificación de acciones apropiadas y
técnicas para reducir emisiones difusas, elaboración de un plan de minimización, basado en las etapas
anteriores e implementación de un plan de minimización y monitoreo anual (Cusano et Al., 2017).
4.1.1.1 Técnicas generales para prevenir emisiones difusas del material en el proceso de
almacenamiento, manejo y transporte Técnicas generales para prevenir emisiones difusas del material en el proceso de almacenamiento, manejo y
transporte
Descripción
63
Serie de técnicas para prevenir emisiones difusas en el almacenamiento, manejo y transporte de material.
Descripción técnica
La efectividad de las técnicas depende del tipo de material utilizado. Por ejemplo, materiales de volúmenes elevados y
pesados son tratados con técnicas totalmente diferentes a materiales muy finos generando situaciones específicas
dependiendo del sitio, materiales y disponibilidad tecnológica.
Por ello resulta imperativo la aplicación de técnicas efectivas en la prevención de emisiones de chatarras a causa del
manejo y transporte, a continuación, se listan las técnicas recomendadas a emplear.
Uso de construcciones cerradas, bunkers o contenedores para el almacenamiento de materiales generadores
de polvo como, concentrados, escorias y materiales finos.
Cobertura de materiales formadores de polvo como fundentes, combustibles sólidos, coque y materiales
secundarios con presencia de elementos solubles en agua que reaccionen formando compuestos orgánicos.
Empaques sellados para el almacenamiento de materiales que forman polvos, o materiales secundarios que
contengan compuestos orgánicos solubles en agua.
Bahías cubiertas para el almacenamiento de materiales granulados o aglomerados evitando efectos negativos
por escorrentia.
Implementación de rociadores de agua o métodos alternativos como generadores de niebla que generen finas
lluvias sin humedecer demasiado el material para la supresión de polvos.
Esta técnica no es aplicable para procesos que requieran materiales secos o para minerales/concentrados
que naturalmente contengan agua suficiente para prevenir la formación de polvos.
Así mismo esta técnica se encuentra limitada a regiones con periodos cortos de lluvia o con temperaturas de
viento muy bajos.
También pueden ser empleados agentes de sellado como melazas y polivinilo de acetato donde sean
apropiados y compatibles para disminuir la tendencia a formación de polvos.
Instalación de sistemas impermeables para la prevención de derrames líquidos con capacidad de contener al
menos el volumen del líquido almacenado en el tanque más grande.
Diseño de áreas de almacenamiento para que derrames de tanques y sistemas de reparto puedan ser
interceptados y contenidos en los muros, que dependiendo del material almacenado pueden ser de doble
pared, junto con sistemas de de detección de derrames donde se considere apropiado.
Sistemas que indiquen el nivel contenido en los tanques asociándolos a alarmas que indiquen fugas junto
con sistemas de descarga y control automático para prevenir el sobrellenado de los tanques de
almacenamiento.
El almacenamiento de ácido sulfúrico y otros materiales reactivos debe realizarse en tanques de doble pared
ubicados en muros resistentes de la misma capacidad y con áreas de almacenamiento impermeables y
resistentes al material almacenado, evitando así el riesgo de contaminación subterránea.
Puntos de entrega encerrados para la recolección del material derramado y la ventilación y manejo de los
gases liberados y que sean re incorporados al vehículo de entrega para reducir las emisiones de compuestos
orgánicos volátiles.
Sistemas de resellado automático deben ser usados para prevenir derrames.
Segregación de materiales incompatibles de manera adecuada e implementación de gases inertes donde sea
requerido.
Sistemas de intercepción previos al drenaje en áreas abiertas ya que el almacenamiento del material puede
liberar aceites y químicos por lo cual debe ser realizada en áreas que contengan cunetas o dispositivos de
contención e idealmente métodos de tratamiento del efluente.
Las bandas transportadoras y tuberías deben estar ubicadas en zonas abiertas arriba del suelo, así los
derrames pueden ser detectados fácilmente y el daño generado por vehículos y otros equipos puede ser
prevenido. Cuando halla presencia de tuberías enterradas para materiales no peligrosos, su ruta debe estar
documentada y marcada, junto con sistemas de excavación segura evitando cualquier tipo de fuga al
subsuelo.
64
Recipientes contenedores de gases robustos y bien diseñados con sistemas de monitoreo de presión del
tanque y tuberías de entrega para indicar rupturas y fugas. Los monitores de gas deben ser usados en áreas
confinadas y tanques de almacenamiento sellados.
Sistemas de transporte o transferencia neumática para partículas y material fino con buen diseño, extracción
robusta y equipos de filtración para prevenir las emisiones de polvo de puntos de entrega, rejillas de
ventilación, sistemas de paso, y cintas transportadoras donde la emisión sea posible. Cintas transportadoras
cubiertas pueden ser usadas para evitar la formación de polvos. Cuando la cinta usada esta descubierta, la
velocidad debe ser ajustada a una velocidad menor a 3.5 metros por segundo (<3.5 m/s)
Material sucio y con potencial emisión de partículas puede ser transportado en contenedores cerrados u otros
recipientes sellados. El vaciado del recipiente o contenedor debe darse en un sistema cerrado con un sistema
de ventilación y filtración de aire por filtro de manga y los materiales que puedan dispersarse en agua23 deben
ser manipulados y almacenados en superficies selladas e impermeables con concreto previeniendo asi la
contaminación del suelo.
Creación de un área de volcado para la descarga de vehículos de transporte donde se realice el lavado de
ruedas y carrocerías teniendo en cuenta las condiciones climáticas locales.
Limpieza de vías mediante sistemas húmedos u otros equipos especializados como turbinas de agua y
sistemas de recolección para la remoción del polvo depositado por el tráfico, así como para evitar re
suspensión.
Sistemas de inspección e inventario para la prevención de derrames e identificación de fugas.
Áreas de almacenamiento para reducir agentes como el carbón, coque o maderas en pro de evitar incendios
causados por auto-ignición.
Buenos diseños y prácticas de construcción aplicadas junto con un adecuado mantenimiento.
Para el almacenamiento exterior de materiales, las siguientes técnicas deben ser consideradas dependiendo de su
tendencia a emitir polvos.
Humedecimiento del material acumulado con agua, aglutinantes para polvo, o cobertura con lonas.
Uso de agentes sellantes como melazas y acetatos de polivinilos en materiales finos almacenados en el
exterior para reducir la formación de polvos.
Posicionar el eje longitudinal del cumulo paralelo a la dirección dominante del viento.
Uso de plantas protectoras, cercas rompe vientos, o estructuras rompe vientos para disminuir la velocidad.
Uso de un solo cumulo en lugar de varios donde sea viable rodeado de paredes de contención para formar
bahías.
Recolección de aguas dispersas y lluvia, realizando una conexión a un sistema de aguas residuales.
Limpieza general del área de almacenamiento, y humectación cuando sea necesario.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención de metales difusos, polvo y otras
emisiones de compuestos
• Aumento en el uso de energía para la operación de sistemas de escape y filtración como ventiladores y filtros de manga. • Aumento significativo en la energía si el agua no es removida del material de alimentación. Por lo cual es necesario la implementación de secadores previos a la etapa de fundido. • Elevado consumo de energía por la implementación de extractores de techo. • Aumento en consumo de agua para humectación de materiales de riego de caminos y lavado de llantas.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicables de manera general.
23 virutas, recortes, materiales aceitosos, etc.
65
4.1.1.2 Técnicas generales para prevenir emisiones difusas por el pretratamiento de chatarra
Las técnicas usadas dependen del material que está siendo usado, por ejemplo, material pesado y
grande es tratado de una manera totalmente diferente a materiales fino, por lo cual los problemas son
específicos para cada sitio y material.
El procesamiento y operaciones de transporte se dan con materiales secos o que producen emisiones
al medio ambiente, es necesario un diseño detallado del proceso y de los equipos usados en la etapa
para el eficiente monitoreo y control, en estos diseños se debe incluir la naturaleza del material, así
como su capacidad para formar polvos, e inflamabilidad.
Las siguientes técnicas son consideradas las más importantes y generales:
Uso de procesos de pretratamiento y transporte bien diseñados, extracción robusta y equipos
de reducción para prevenir emisiones de polvo y otros materiales.
Separación y pretratamiento térmico del material para minimizar contaminantes orgánicos del
material de alimentación del horno.
Recogida y tratamiento de vertimientos antes de la descarga del proceso para remover
metales no ferrosos y otros compuestos.
Buenas practicas, diseños y construcción junto con un adecuado mantenimiento.
4.1.1.2.1 Técnicas para el pretratamiento de metales no ferrosos. Técnicas para el pretratamiento de metales no ferrosos.
Las técnicas a considerar son:
• Separación manual y mecánica removiendo compuestos peligrosos como baterías y otros elementos
electrónicos de acuerdo a la directiva de residuos y aparatos electrónicos o la separación de catalizadores de las
carcasas de vehículos y posterior uso de moliendas húmedas y sistemas de doblado y aglomerado.
• Sistemas de pirolisis y limpieza como secado de virutas con quemadores de alta capacidad para eliminar
subproductos de la combustión y evitar generación de VOC´s y PCDD/F.
• Procesos de lavado para remoción de aceites y otros contaminantes empleando solventes inocuos.
• Implementación de cintas transportadoras selladas junto con sistemas de recuperación de calor.
• Implementación de tecnologías adecuadas para el proceso como hornos rotatorios donde se controle el
proceso y se permita la remoción de polvo y gases ácidos.
Beneficios
ambientales
logrados
Efectos cruzados
Prevención de
metales difusos, polvo
y otras emisiones de
compuestos
• Aumento en el uso de energía para la operación de sistemas de escape y filtración como ventiladores y filtros de manga. • Aumento significativo en la energía si el agua no es removida del material de alimentación posterior a su lavado. Por lo cual es necesario la implementación de secadores. • Elevado consumo de energía por la implementación de extractores de techo. • Aumento en consumo de agua para humectación de materiales de riego de caminos y lavado de llantas.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicables de manera general.
66
4.1.1.3 Técnicas generales para reducir emisiones difusas y recolección de gases de los procesos
de producción de metal Técnicas generales para reducir emisiones difusas y recolección de gases de los procesos de producción de
metal
Descripción
Estas técnicas dependen del diseño y mantenimiento de los sistemas de recolección, así como el monitoreo continuo
de emisiones en el ducto de gases.
La técnica a considerar es
• Sellado de hornos combinado con la aplicación de técnicas de control.
Descripción técnica
El éxito del sellado del horno depende de las tasas de extracción de gas para prevenir la presurización del horno.
Si no están disponibles los hornos sellados, se hace una readaptación del horno abierto, utilizando el máximo sello
posible para la contención y tratamiento de los gases. Por ejemplo, el uso de un cuarto agujero en la cubierta de
un horno de arco eléctrico para extraer los gases del proceso lo más eficiente posible, ver Ilustración 14
Ilustración 14. Sistema adaptado captura de gases
Dónde:1. Fundido, 2. Adiciones, 3. Colado, 4 Filtro de mangas
Uso de sistemas de carga sellados para la prevención de emisiones difusas durante la apertura del horno,
ejemplo, uso de contenedores que sellen la puerta de alimentación del horno y el uso de sistemas de carga
de campana. Estas técnicas pueden ser aplicadas a nuevos y antiguos sistemas de proceso, particularmente
procesos fragmentados.
Mantenimiento de la campana de extracción, ductos, sistemas de filtro y el ventilador son indispensables para
asegurar que las tasas de recolección y extracción se mantengan al nivel diseñado. Así mismo es importante
el uso de sistemas de compuertas y puntos alternativos de extracción direccionados a la zona de emisión de
vapores y gases.
Inspección regular y mantenimiento preventivo para asegurar que el daño por procesos de colisión o abrasión,
deposición en ductos y deposición en cuchillas de los ventiladores no ocurra.
Uso de controles automáticos de compuertas, así es posible enfocarse en el punto de generación de humos
sin el uso de grandes cantidades de energía. Los controles permiten que el punto de extracción cambie
automáticamente durante las distintas etapas de producción, por ejemplo, la carga y colado no ocurre al
mismo tiempo, así que el proceso de carga puede ser diseñado en un área cercana, de esta manera es
necesario un único punto de extracción. El punto de extracción es también diseñado para un fácil acceso a
los puntos de generación de humos y dar una buena tasa de extracción. La campana es construida de manera
67
robusta y mantenida correctamente. Este principio es fácilmente aplicable a un horno rotatorio, ver Ilustración
15.
Ilustración 15. Sistema de sellado de horno.
Dónde:1. Cubierta para la captura de gases, 2. Puerta de carga, 3. Quemador, 4 Agujero de aprovechamiento, 5. Escape del quemador. El sistema de extracción focalizada también puede ser controlado de manera automática mediante compuertas de
control automáticas para extraer los gases y vapores.
Uso de dinámicas computarizadas de fluidos y modelos de trazado para el flujo de gases en el horno. El
conocimiento del flujo de gases permite el diseño de una cortina para lograr el máximo rendimiento y captura
a través del control de estos patrones. Progreso y optimización también es visto mediante la modificación de
los patrones de carga y alimentación de pequeñas cantidades de material de carga en lugar del lote completo.
El principal efecto es la reducción en aumento de temperaturas que pueden causar emisiones difusas, y la
prevención de enfriamiento del horno que puede generar PCDD/F.
Uso de campanas de extracción secundarias si las emisiones difusas no pueden ser prevenidas o
minimizadas, así mismo, es posible el uso de un sistema inteligente para operar los extractores
automáticamente cuando las etapas de producción de gas están en operación.
Uso de sistemas de colección terciarios. Los gases que no son capturados por campanas secundarias pueden
ser recolectados en un sistema terciario que envuelve la totalidad del área en un sistema casa dentro de casa
como se muestra en la Ilustración 16.
68
Ilustración 16. Sistema de recolección terciario
Dónde:1. Campanas de captura, 2. Carro de carga, 3. Horno de conservación, 4 Recipientes de transferencia, 5. Convertidor, 6. Rumbo a filtro de manga
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Captura eficiente de emisiones difusas de metales, polvos, dióxidos de azufre y otros compuestos. • Mayoría de polvos son retornados a etapas del proceso o vendidos para la recuperación de metales valiosos.
Aumento en el consumo energético
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable.
La recolección terciaria de gases depende de las operaciones
presentes en la planta debido a que es requerido gran
cantidad de espacio.
4.1.2 Emisiones puntuales Las fuentes puntuales son aquellas que tienen una salida localizada a la atmósfera, es decir, suelen
tener un punto concreto por donde son emitidos, como puede ser una chimenea, una torre de humos,
entre otros, al estar localizadas, estas emisiones son fácilmente controlables y medibles. (ISTAS,
2010)
4.1.2.1 Técnicas generales para reducir emisiones de polvos y metales.
Las siguientes técnicas son usadas para la remoción de partículas como polvo, metales y vapores.
4.1.2.1.1 Precipitador electrostático. Precipitador electrostático
Descripción
Los precipitadores electrostáticos operan gracias a que las partículas son cargadas y separadas bajo la influencia de
un campo eléctrico. Son capaces de operar bajo un amplio rango de condiciones.
Los precipitadores electrostáticos especialmente diseñados para operar con gases a altas temperaturas24, también son
conocidos como precipitadores electrostáticos calientes.
24 >300°C
69
Descripción técnica
El Precipitador electrostático (ESP) es usado ampliamente en la industria y es capaz de operar bajo un amplio rango
de temperaturas, presión y concentraciones de polvo, captura partículas de diferente tamaño y atrapa polvo en
condiciones húmedas y secas para darle resistencia a la corrosión y abrasión se debe realizar un adecuado diseño.
La operación del ESP se da por una serie de descargas de electrodos de alto voltaje y un electrodo colector
correspondiente. Las partículas son cargadas y posteriormente separados de la corriente de gas bajo la influencia de
campos eléctricos entre los electrodos, el campo eléctrico es aplicado a través de los electrodos con una corriente de
aproximadamente 100KV, ver Ilustración 17.
Ilustración 17. Precipitador electrostático, fuente: (GEA, 2018)
Dónde: 1. Ducto de entrada del gas, 2. Compuerta de entrada, 3. Tanque diafragma de válvula, 4. Bloque elevado, 5.
Múltiples sistemas de limpieza, 6. Compartimientos con paredes de división, 7. Zona de insolación, 8. Filtros de
manga, 9. Zona para la distribución y pre separación, 10. Depósito de colección de polvos.
Las partículas son removidas de la corriente de gas en 4 etapas.
Aplicación de la carga eléctrica al polvo.
Transporte del polvo cargado en un campo eléctrico.
Captura del polvo en un electrodo de recolección.
Remoción de polvo de la superficie del electrodo. Los electrodos de descarga deben ser golpeados o pasar a través de un proceso de vibración para remover las
partículas almacenadas mejorando su eficiencia.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones de polvos
y metales.
• Aumento en el consumo energético • Residuos sólidos peligrosos pueden ser generados por un mal tratamiento de los polvos capturados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
70
4.1.2.1.2 Precipitador electrostático húmedo Precipitador electrostático húmedo
Descripción
La técnica consiste en un Precipitador electrostático en donde el material recolectado es removido de los platos
colectores por lavado con un líquido adecuado, generalmente agua.
Descripción técnica
Los precipitadores húmedos operan con el mismo principio que los secos. La diferencia radica en que el polvo atrapado
es removido de los platos o tubos por una película liquida formada mediante la condensación de agua y precipitada
como vapor acido. En el caso de elevados contenidos de sólidos se instalan inyectores para la entrada continua de
agua evitando formación de lodos en los electrodos de captura. La constante presencia de sólidos en los inyectores
genera una capa que disminuye la eficiencia de inyección por lo cual el sistema debe estar equipado con sistemas de
lavado. Estos sistemas de lavado se enlazan al sistema de interrupción energética para una limpieza más completa sin
interferencia en la operación, ver Ilustración 18.
Ilustración 18. Precipitador electrostático húmedo, fuente (GEA,2018)
Dónde: 1. Cobertura aislante, 2 Sistema de purga del aire, 3. Platos de distribución del gas, 4. Sistema de nebulización,
5. Sistema de descarga, 6. Marco de soporte del electrodo de descarga, 7. Electrodos de descarga, 8. Tubos de captura.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvos,
metales y otros compuestos.
• Aumento en el consumo energético • Vertimientos a los cuerpos de agua si no se aplica un sistema de tratamiento adecuado.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
4.1.2.1.3 Ciclones Ciclones
Descripción
Los ciclones utilizan inercia para remover las partículas del gas, mediante la aplicación de fuerzas centrifugas
generalmente en una cámara cónica.
71
Descripción técnica
El ciclón es un dispositivo de limpieza donde los polvos son separados de la corriente de gas cuando la dirección de
flujo del gas cambia y el polvo mantiene su dirección original debido a la inercia depositándolo en la superficie de captura
del ciclón, ver ILUSTRACIÓN 19
Ilustración 19. Ciclón, fuente (Ubilla.T,2014)
Dónde: 1. Polvos y metales, 2 Sección cónicas, 3. Cuerpo del ciclón, 4. Gas contaminado, 5. Entrada, 6. Tubo de salida
de gas, 7. Gas tratado.
El gas de entrada es canalizado a un flujo espiral. Las fuerzas centrípetas presentes en el espiral permiten el cambio
de dirección y las partículas se depositan en las paredes del ciclón.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Aumento en el consumo de energía. • Exceso de residuos generados si el material capturado no es tratado correctamente.
Reducción en las emisiones de polvo y metales.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
4.1.2.1.4 Filtros de manga Filtros de manga
Descripción
Los filtros de manga son construidos de tejidos porosos, o telas a través de los cuales el gas fluye y las partículas son
removidas por el uso de un tamiz u otro mecanismo, el uso del filtro requiere la selección de un material adecuado a
las características del gas a tratar y la temperatura de operación.
Descripción técnica
72
Los filtros de manga son usados para muchas aplicaciones en gran variedad de industrias debido a su elevada eficiencia
en controlar el material particulado fino en operaciones de fundido y afinado; para aumentar la eficiencia y disminuir al
mínimo el riesgo de incendios pueden ser empleadas cámaras de decantado y enfriado que recuperen el calor y sea
aprovechado en etapas previas, ver Ilustración 20.
Dónde: 1. Ducto de gas crudo,2. Filtros de manga, 3. Compartimientos, 4. Ducto de limpieza de gas, 5. Extractor, 6.
Válvulas de control, 7. Depósito de polvos, 8. Válvulas rotatorias.
El principio básico del filtro de manga es el uso de una membrana de material permeable al gas, pero impermeable al
polvo, por lo cual va a retenerlo. Los filtros tienen una estructura en un marco metálico y cada bolsa va a incorporar un
método de sellado en una estructura de almacenamiento, inicialmente, el polvo se deposita tanto en la superficie como
en el interior del filtro, sin embargo, se genera una capa de polvo, por lo cual la resistencia al flujo de gas aumenta
requiriendo así una limpieza periódica del filtro es necesaria para controlar la presión de gas.
Los métodos más comunes de limpieza incluyen flujo en reversa, vibración mecánica, vibraciones, pulsaciones de baja
presión y pulsaciones de aire comprimido. La limpieza normal no resulta en que el filtro regrese a las condiciones
iniciales ya que las partículas depositadas reducen el tamaño de poro entre las fibras, esto permite que altos niveles de
eficiencia sean logrados para la limpieza de material de menor tamaño. Ver Ilustración 21
Ilustración 20. Filtro de manga, Fuente. (Lurgi,A.G. et. al. 1991)
73
Ilustración 21. Sistema de limpieza de filtros por pulsaciones. Fuente: (Lurgi, A.G. et. al. 1991)
Dónde: 1. Ingreso de gas crudo, 2. Separador de platos, 3. Filtros, 4. Espacio para gas limpio, 5. Ducto de gas limpio,
6. Válvula diafragmática, 7. Reserva aire comprimido, 8. Boquilla de Salida,9. Depósito de polvos
Los filtros son diseñados usando como fundamento la velocidad de filtración, la cual es definida bajo la unidad de área
del material 25 . Las velocidades de filtración generalmente se encuentran en el rango de 0.01m/s a 0.04 m/s
dependiendo de la aplicación, el tipo de filtro y el material. Para la selección del material se tiene en cuenta la
composición de los gases, la naturaleza y tamaño de partícula, el método de limpieza, la eficiencia requerida, y la
economía disponible. La temperatura de gas es también considerada, junto con el método de enfriamiento y el punto
de condensación de los gases evitando la generación de ácidos.
Las características del material considerado incluyen: resistencia química, forma del material y tipo de fibra, estructura
final, resistencia a la abrasión y a la llama, fuerza, eficiencia de recolección y permeabilidad.
Los filtros en algunos procesos de aleaciones ferrosas utilizan filtros de alta presión con extractores en el costado de
material sucio, filtros altamente tecnológicos emplean una limpieza fácil y gentil, lo que lleva a un tiempo mayor de vida
del filtro, bajos costos de operación, mantenimiento y mayor eficiencia.
Para el óptimo funcionamiento del filtro, una o más de las siguientes condiciones deben ser aplicadas:
Material del filtro y sistemas de sellado adecuados; los filtros modernos son más robustos y tienen mayor durabilidad, siempre aplicando un mantenimiento continuo y adecuado. El costo extra de estos es compensado con la durabilidad y eficiencia.
Operación bajo temperatura de operación inferior al punto de condensación del gas, en casos donde se laboren con elevadas temperaturas deben ser aplicados sistemas adecuados.
Monitoreo continuo de polvos empleando sistemas ópticos o eléctricos con el fin de reducir fallas y fugas al mínimo.
Uso de sistemas de enfriamiento y supresión de chispa donde sea necesario; los filtros modernos están organizados por diferentes compartimientos lo cual permite identificar y reparar fácilmente el sistema.
Monitoreo de temperatura y chispa para detección de llama que junto con sistemas de gas inerte pueden ser empleados donde haya un elevado riesgo.
Monitoreo de presión en los mecanismos de limpieza. Uso de sistemas de enfriamiento, y demás sistemas previos junto con un mantenimiento periódico y adecuado
garantizan larga vida del filtro, eficiente rendimiento y disminución de costos.
Hay gran variedad de filtros, los cuales son seleccionados según los requerimientos de la industria, ver Tabla 21
74
Parámetro Filtro de Pulso Membrana de fibra de vidrio. Filtro de fibra de vidrio.
Relación Aire-Área 80 a 90 m/h 70 a 90 m /h 30 a 35 m/h
Límite de temperatura 250°C 280°C 280°C
Composición del filtro Poliéster Membrana/Fibra de vidrio Fibra de vidrio
Tamaño del filtro 2.0 m2 9.0 m2 9.0 m2
Cage Si No No
Presión 2.0 kPa 2.0 kPa 2.5 kPa
Tiempo de vida Mayor a 30 meses 6 a 10 años 6 a 10 años
TABLA 21. COMPARACIÓN ENTRE DIFERENTES SISTEMAS DE FILTROS. FUENTE: ( ELKEM ASA, 1998)
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Remoción de polvos, metales y emisiones
difusas canalizadas.
• Aumento en el consumo de energía. • Exceso de residuos generados si el material capturado no es tratado correctamente.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales teniendo
especial cuidado a elevadas temperaturas y chispas para evitar
incendios.
4.1.2.1.5 Filtros de cerámica Filtros de cerámica
Descripción
Los filtros de cerámica de baja densidad operan de manera similar a los filtros de manga/tela, con el mismo principio,
fundamento y operaciones de limpieza, sin embargo, en lugar de filtros de tela y sus soportes metálicos, se emplean
elementos rígidos.
Descripción técnica
Varios tipos de estos filtros son usados en la industria logrando altos niveles de eficiencia, se caracterizan por su elevada
resistencia térmica, sin embargo, debido a su rigidez pueden generar fugas y escapes haciendo indispensable el
instalado de sistemas de detección de fugas y sistemas de limpieza complejas que no dañen o fragmenten el filtro.
Los filtros cerámicos se realizan de aluminosilicatos y pueden ser mezclados con gran variedad de materiales con el fin
de mejorar sus propiedades, son relativamente fáciles de manipular cuando están nuevos, sin embargo, conforme pasa
el tiempo se vuelven frágiles y aumenta el riesgo de fracturas.
Filtros correctamente diseñados e instalados deben tener los siguientes atributos:
El sellamiento, cerrado y estructura deben apropiados, y resistentes a elevadas temperaturas.
Monitoreo continuo de polvos empleando sistemas ópticos o eléctricos con el fin de reducir fallas y fugas al mínimo.
Acondicionamiento del gas donde sea requerido.
Sistemas de control de presión.
25 m3/s dividido en m3 igual a m/s
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Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvos y
metales.
• Aumento en el consumo de energía. • Exceso de residuos generados si el material capturado no es tratado correctamente.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Debido a su tendencia de taponamiento, no es adecuado para todas las
industrias.
4.1.2.2 Técnicas generales para reducir las emisiones de compuestos gaseosos
Gases como NH3, SO2, SO3, HF, HCl y NOx son producidos en varios procesos, por ejemplo, dióxido
de azufre es generado durante el fundido y fluoruro de hidrogeno durante la electrolisis (VDI, 1998).
Además de los anteriormente nombrados, compuestos orgánicos y metálicos pueden ser emitidos y
también pueden ser absorbidos usando técnicas como:
4.1.2.2.1 Posquemadores/cámaras de posquemado. Posquemadores/cámaras de posquemado.
Descripción
Un posquemador o cámara de posquemado es un sistema de combustión donde el contaminante reacciona con el
oxígeno en un entorno controlado para crear una reacción de oxidación, el posquemador puede ser regenerativo o
catalítico.
El posquemador regenerativo o sistema de oxidación regenerativo es un sistema de combustión que emplea un proceso
regenerativo para la utilización de la energía térmica en el gas y compuestos carbónicos mediante camas de soporte
refractarias con un sistema distribuidor para cambiar la dirección del flujo del gas y limpieza de la cama.
El posquemador catalítico o sistema de oxidación térmico catalítico es un sistema de combustión donde la
descomposición se realiza en una superficie metálica catalítica a bajas temperaturas, generalmente 350°C a 400C.
Descripción técnica
Los sistemas de combustión son usados para oxidar el CO, polvos o compuestos carbónicos en la corriente de gas,
hay múltiples sistemas de combustión, dentro de los cuales encontramos:
Posquemadores a elevadas temperaturas, también llamados Sistemas de oxidación térmica, donde el gas es calentado a temperaturas entre 850°C a 1000°C y sostenido por 0.5 segundos lo que permite la destrucción de Compuestos orgánicos volátiles presentes en el gas.
Posquemadores regenerativos emplean un sistema regenerativo para utilizar la energía mediante camas refractarias.
Posquemadores catalíticos emplean una superficie catalítica y reacción a temperaturas bajas, en el rango 350°C a 400°C.
Hornos diseñados para quema de gases de salida.
Adición de oxígeno al punto o eje de salida para que alcance elevadas temperaturas realizando quemado. Los posquemadores destruyen compuestos orgánicos, incluido PCDD/F por oxidación térmica, Sin embargo, gran
cantidad de energía es requerida, y posterior al proceso da como resultado emisiones de CO2, NOx y SO2, son
particularmente útiles en materiales aceitosos, ya que pueden producir elevadas concentraciones de compuestos
orgánicos y la presencia de estos compuestos produce un elevado volumen de productos de combustión y por lo tanto
elevada cantidad de emisiones.
Las principales características para una combustión efectiva en el posquemado son las siguientes:
76
Tiempo de residencia en la cámara de combustión o sistema regenerativo suficiente que varía conforme el compuesto, modificando la cantidad de oxígeno asegurando una eficiencia del 99%. El tiempo empleado generalmente es 2 segundos, sin embargo, varía dependiendo del compuesto.
La operación de los quemadores se realiza generalmente a 850°C, sin embargo, en presencia de sustancias cloradas las temperaturas deben aumentarse a 1100-1200°C, y el gas debe enfriarse rápidamente eliminando la ventana en la cual se regeneran PCDD/F.
La operación de unidades catalíticas se da a bajar temperaturas por lo cual las llamas requieren turbulencia, aire y una fuente de ignición; si es necesario combustible extra debe ser agregado.
Control del aire de entrada en los quemadores optimizando la combustión. Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de compuestos
orgánicos.
Potencial aumento en el gasto energético, si el calor generado no
puede ser usado.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
4.1.2.2.2 Depurador húmedo Depurador húmedo
Descripción
En el proceso de depurado húmedo, los compuestos gaseosos se disuelven en una solución acuosa, por lo cual un
tratamiento de aguas es requerido previo al vertido.
Descripción técnica
Los sistemas de depurado húmedo son usados en la industria para la remoción de componentes gaseosos a bajas
concentraciones, principalmente remoción de partículas y también para el control de la temperatura por enfriamiento
adiabático. Dependiendo de la aplicación, se determinan los factores a tener en cuenta como: Presión de llegada,
presión del líquido, temperatura, turbiedad, conductividad y pH.
Los depuradores húmedos deben incorporar un sistema de monitoreo para controlar presiones, flujos y pH y el líquido
resultante del depurado debe ser reusado, recuperado si es posible o tratado.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvos, metales y
otros compuestos.
Aumento en el consumo energético.
El agua generada producida requiere tratamiento adicional para
prevenir la descarga de metales al agua.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
4.1.2.2.3 Depurador seco y semiseco. Depurador seco y semiseco.
Descripción
A diferencia del depurador húmedo, en el seco; polvo de secado o una suspensión de agentes alcalinos es introducido
y dispersado en la corriente de gas reaccionando con las especies de gas azufrado para formar un material sólido que
debe ser removido por filtración usando filtros de manga o ESP.
Descripción técnica
77
Estos sistemas son empleadas para absorber compuestos metálicos y orgánicos mediante la inyección de Cal, hidróxido
de magnesio, caliza, óxido de zinc y alúmina, de estos destaca el carbono activado por su efectividad para la remoción
de metal y sustancias orgánicas. La absorción se logra mediante el empleo de torres de llenado, o mediante la inyección
de un agente en la corriente gaseosa y empleando una torre reactor; generalmente se emplean filtros de tela corriente
abajo para capturar el material que reacciono parcialmente.
Una variación en el depurado seco, es el depurado semiseco, donde lodo generalmente compuesto por cal es inyectado
a la corriente gaseosa, allí el agua es evaporada y los componentes pueden reaccionar con las partículas y ser
posteriormente removidas de la corriente. El depurado seco es menos efectivo que el depurado húmedo o semiseco,
sin embargo, la eficiencia esta también relacionada con el reactivo y su compatibilidad.
Dependiendo de la aplicación, los depuradores también pueden ser usados junto con las siguientes técnicas:
• Incorporación de cámaras de mezcla y reacción en depuradores secos y semisecos. • Filtros de manga o Precipitador electrostático para la remoción de partículas generadas. • Sistema de reciclaje para la reutilización del agente que no reacciono. • Eliminador de vapores en depuradores húmedos o semisecos.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción en las emisiones de polvos, metales
y otros compuestos.
Aumento en el consumo de energía.
Exceso de residuos generados si el material capturado no es tratado
correctamente.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde las emisiones son puntuales.
4.1.2.2.4 Sistemas de recuperación de gas Sistemas de recuperación de gas
Descripción
Sumado al uso de sistemas de depuración húmeda, seca y semiseca la industria emplea también sistemas para
recuperar gases de las corrientes de proceso.
Descripción técnica
Con esta técnica pueden ser absorbidos HCl en agua, y SO2 o NOx en agua o peróxido de hidrogeno.
A continuación, se nombran los ciclos y los compuestos generados en cada uno de ellos, permitiendo acercarnos a los
diferentes materiales y procesos.
Ciclo del ácido clorhídrico: Para procesos que involucran la disolución y HCL es empleado, se aplica un proceso de evaporación y recolección en agua. El producto obtenido es reusado en diferentes partes del proceso.
Ciclo del ácido nítrico: Se realiza mediante la disolución de Plata y paladio en ácido nítrico HNO3 generando óxidos de nitrógeno que pueden ser capturados con oxígeno o peróxido de hidrogeno. Este nitrógeno residual puede ser removido con métodos catalíticos y aprovechado posteriormente.
Ciclo del cloro: El cloro es usado en procesos húmedos para disolver metales y en etapas a elevadas temperaturas para refinarlos, en los dos casos el sistema es cerrado permitiendo la recuperación del gas forma de hipoclorito de sodio y empleado posteriormente como agente oxidante en varios procesos de refinado.
Ciclo del cloruro de amonio: La baja solubilidad del cloruro de amonio NH4Cl en soluciones evaporadas hace que sea posible la reutilización de las precipitaciones cristalinas de esta sal.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
78
Reducción de emisiones de ácidos gases y
otros compuestos.
El agua generada producida requiere tratamiento adicional para prevenir
la descarga de metales al agua.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde haya un proceso de generación de gases
aprovechables.
4.1.2.2.5 Oxicombustión Oxicombustión
Descripción
Esta técnica implica el reemplazo del aire de combustión por oxígeno, trayendo como resultado la eliminación/reducción
de NOx térmico formado por el ingreso de nitrógeno al horno. El contenido de nitrógeno residual en el horno depende
de la pureza del oxígeno suministrado, calidad del combustible y el potencial en la toma de aire.
Descripción técnica
Las etapas de producción generalmente están relacionadas con elevadas temperaturas y también asociadas al uso de
oxígeno, el sistema de Oxicombustión reduce la presión parcial del nitrógeno en la flama y reduce la formación de
óxidos de nitrógeno ya que no hay presencia de nitrógeno en zonas calientes.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención de las emisiones de óxido de
nitrógeno.
Sin efectos cruzados reportados
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
La Oxicombustión puede ser aplicada a la mayoría de procesos de
combustión, sim embargo, eficiencia elevada es lograda con nuevas
plantas donde las cámaras y sistemas de control puedan ser
diseñadas para niveles bajos de gas. Esta técnica es aplicable a
plantas existentes y en muchos casos puede ser readaptada.
4.1.2.2.6 Remoción de hidrocarburos y VOC´s Remoción de hidrocarburos y VOC´s
Descripción
Las técnicas usadas para remover o destruir VOC´s son posquemadores, ver sección 4.1.2.2.1, depuradores húmedos,
ver sección 4.1.2.2.2, depuradores secos, ver sección 4.1.2.2.3, biofiltros y biodepuradores.
El biofiltro consiste en una cama de material orgánico, donde los contaminantes de las corrientes de gas son
biológicamente oxidados naturalmente por microorganismos.
El biodepurador combina un sistema de depuración húmedo para absorción y biodegradación, el agua de depuración
contiene una población de microorganismos para oxidar los componentes nocivos presentes en el gas.
Descripción técnica
Una combustión pobre y varias operaciones donde se involucren hidrocarburos como desengrase de componentes,
procesos de extracción de solventes y tanques de almacenamiento de combustible generan TVOC y VOC´s. Los
materiales pueden ser aromáticos, alifáticos, clorados o en base agua con elevadas variaciones de eco toxicidad que
debe ser tenida en cuenta para determinar los sistemas adecuados.
79
Combinaciones de las técnicas anteriormente nombradas son usadas donde hay variedad de hidrocarbonos presentes,
así mismo se emplean biofiltros y biorreactores (VDI, 2008). Los filtros de carbono activado y sistemas de condensación
permiten la recuperación del material para posterior usó y donde sea posible deben emplearse sistemas de
recuperación de calor.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de hidrocarbonos y
VOC´s.
Aumento en el uso energético si el calor generado no es reusado.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Los sistemas de biofiltros y reactores están en proceso de prueba,
por lo cual su eficiencia no está valorada en las diferentes industrias.
4.1.2.3 Técnicas generales para reducir emisiones de dioxinas y furanos (PCDD/F) Técnicas generales para reducir emisiones de dioxinas y furanos (PCDD/F)
Descripción
Las técnicas consideradas incluyen técnicas primarias como control de las condiciones de combustión, remoción de los
compuestos orgánicos, ver 4.1.1.2.1 y técnicas secundarias como sistemas de filtración de polvos, ver sección 4.1.2.1.4
y adición de carbono activado o posquemadores, ver sección 4.1.2.2.1.
Descripción técnica
Las dioxinas y furanos son formados por la reacción de gases con compuestos orgánicos clorados.
El carbón siempre está presente y pequeñas cantidades de cloro pueden estar en el material de alimentación o en los
combustibles; las dioxinas y furanos pueden generarse en procesos de combustión, sinterizado y fundido de metales,
por lo tanto, todos los procesos metalúrgicos.
La mayor parte de PCDD/F es generado mediante de novo synthesis en el momento de enfriamiento de gases con una
temperatura en el rango de 200°C a 400°C con presencia de carbón, cloro, oxígeno y metales trazas como cobre o
aluminio, ver sección ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.
La principal fuente de formación de PCDD/F en la industria metalúrgica no ferrosa son (COM, 2007):
Fundido de cobre secundario, aluminio y plomo, debido al empleo de materiales de alimentación contaminados con cloro y sustancias orgánicas, erradas condiciones de operación y falta de sistemas de limpieza de gases.
Refundido de aleaciones y metales, ver sección ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia...
Menores fuentes de formación de PCDD/ F son:
Fundiciones primarias.
Fundición secundaria de cobre, aluminio y plomo usando materiales limpios, operaciones optimizadas y captura y tratamiento de gases.
Fuentes aun no estudiadas:
Procesos de sinterizado
Industrias con niveles de emisión insignificantes, ejemplo procesos térmicos que no alcanzan las temperaturas de formación de dioxinas y furanos.
La formación de PCDD/F no depende únicamente del combustible y material empleado, también depende de los
procesos primarios de control y las diferentes condiciones a las cuales el gas es expuesto, también se pueden generar
dioxinas y furanos en procesos que requieran cloración, como la producción electrolítica de magnesio a partir de agua
de mar y dolomita.
La industria secundaria tiene como fundamento el empleo de chatarras y materiales secundarios para su proceso, los
cuales pueden contener presencia de impurezas que llevan a la generación de PCDD/F, sustancias como aceites y
80
otros compuestos orgánicos junto con fuentes de carbono generan partículas finas de carbón que reaccionan con los
cloruros inorgánicos en una temperatura rango 250°C a 500°C para producir PCDD/F.
Las dioxinas y furanos son destruidas a temperaturas mayores a 850°C en presencia de oxígeno, sin embargo, pueden
reformarse si no es empleado un enfriamiento rápido.
Los métodos para la reducción de emisiones de PCDD/F son nombrados a continuación.
Técnica de carbono activado: El carbón activado agregado al hidrato de calcio ha probado ser un absorbente efectivo en las plantas de fundido que emplean materiales de alimentación con contaminación orgánica, también es usado en industrias primarias y al igual que en el proceso secundario usado para procesos de captura en sistemas como filtros de manga o precipitadores electrostáticos.
Condiciones de combustión: La optimización de las condiciones pueden incluir el uso de aire enriquecido u oxígeno puro, mejora o mezcla de combustibles con oxígeno, aumento de la temperatura de combustión o residencia de los gases en el proceso, ver sección 4.1.2.2.5.
Posquemadores: La incineración de los gases seguido por un enfriamiento rápido minimiza la formación de PCDD/F, este método puede ser catalítico o regenerativo, ver sección 4.1.2.2.1
Reducción del contenido orgánico: La remoción de los contaminantes orgánicos en el material de alimentación puede reducir la formación de PCDD/F, ver sección 4.1.1.2.1
Inyección de oxigeno: Cuando en el proceso no halla espacio para la instalación de un posquemador se plantea la opción de inyectar oxígeno en la parte superior del horno con el fin de aumentar la temperatura de quemado de los gases.
Filtros de alta eficiencia: Las dioxinas y furanos pueden ser absorbidos por filtros de alta eficiencia mediante capas que incorporen un sistema catalítico, ver sección 4.1.2.1.4.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de CO y PCDD/F.
• Aumento en el consumo energético • Los materiales capturados en los dispositivos de captura deben ser correctamente tratados y dispuestos.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas donde haya un proceso que cuente con las
condiciones para formación de PCDD/F.
4.1.2.4 Técnicas generales para reducir emisiones de dióxido de azufre
4.1.2.4.1 Doble contacto/doble absorción de las plantas de ácido sulfúrico operando bajo
condiciones variables de gas Doble contacto/doble absorción de las plantas de ácido sulfúrico operando bajo condiciones variables de gas
Descripción
En este proceso, el dióxido de azufre en el gas se convierte trióxido de azufre mediante el contacto de los gases con
una cama catalítica y plantas de absorción.
Descripción técnica
Las plantas doble contacto/doble absorción de ácido sulfúrico permite la limpieza y lavado de gases empleando un
catalizador moderno con base en oxido de cesio.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de SO2.
Producción de residuos sólidos y ácidos débiles que requieren un
tratamiento y/o disposición.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
81
Técnica aplicable a la mayoría de instalaciones existentes.
4.1.2.4.2 Producción de dióxido de azufre líquido a partir de gases con un elevado contenido de
SO2. Producción de dióxido de azufre líquido a partir de gases con un elevado contenido de SO2.
Descripción
El dióxido de azufre es absorbido en agua fría seguido por una remoción al vacío y recuperación como dióxido de azufre
líquido.
Descripción técnica
Este proceso es usado en conjunto con una planta de ácido sulfúrico para la recuperación de dióxido de azufre no
disuelto.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones de SO2.
Generación de vertimientos por un inadecuado manejo de los
vertimientos de la planta acida.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a las instalaciones donde hay un mercado amplio para
dióxido de azufre líquido.
4.1.2.4.3 Sistemas desulfuración en gases con bajo contenido de so2 Sistemas desulfuración en gases con bajo contenido de so2
Descripción
Depuradores secos y semisecos, ver sección 4.1.2.2.3 DEPURADOR SECO Y SEMISECO.son empleados para
remover SO2 mediante técnicas de desulfuración.
Descripción técnica
El método más común para procesos de desulfuración es la inyección de cal y en algunos casos se emplean otros
sistemas de desulfuración con etapas de enfriamiento, humectación y absorción para reducir la concentración de SO2.
Cuando hay presencia de gases con elevadas concentraciones de dióxido de azufre son tratados mediante procesos
de desulfuración inyectando carbonato de calcio que reacciona con la corriente y genera yeso limpio, posteriormente
los gases son enfriados, eliminado su material particulado y el yeso es vendido.
Beneficios ambientales
logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de
SO2 con rangos de eficiencia
entre 50% a 95%.
• Aumento en el consumo energético y carbonato de calcio. • Posibles emisiones difusas en el proceso de aprovechamiento del yeso.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a nuevas plantas, cuando existen sistemas de limpieza de gas con filtros
de manga diseñados para remoción de polvos pueden ser empleados para la
captura de yeso
Un control de la humedad y tiempos de conservación son requeridos y deben ser
correctamente controlados.
82
4.1.2.5 Técnicas para reducir emisiones de mercurio. Técnicas para reducir emisiones de mercurio.
Descripción
Serie de técnicas para reducir las emisiones de mercurio al aire.
Descripción técnica
El mercurio es volátil a temperaturas en las que funcionan la mayor cantidad de procesos de captura y tratamiento,
debido a esto, técnicas adicionales son requeridas para su remoción. (OSPARCOM, 1996) (Flugleberg,S, 1999)
Si hay presencia de mercurio en los gases que ingresan a las plantas y sistemas de aprovechamiento, el producto
tendrá trazas del metal, por lo cual es requerido un tratamiento.
Las siguientes técnicas pueden lograr concentraciones mínimas:
Proceso Boliden-Norzink: El proceso está basado en el uso de un depurador húmedo usando la reacción entre el cloruro de mercurio y el mercurio en el gas, esta reacción genera un precipitado líquido que es posteriormente tratado.
Proceso Bochem: El proceso ocurre en la planta de tratamiento de ácidos, allí el ácido presente oxida el mercurio a temperatura ambiente, el resultado de esta reacción es un precipitado en forma de sulfuro con sulfatos y finalmente, el mercurio es filtrado y el ácido reincorporado a la planta.
Proceso Outotec: En este proceso el mercurio es removido previo al proceso de lavado en la planta de ácidos; el gas resultante a una temperatura aproximada de 350°C es dirigido a una torre de contraflujo donde es lavado con ácido concentrado al 90 % a 190°C causando que el mercurio se precipite en forma de compuesto de cloruro de selenio y allí es capturado para su posterior aprovechamiento.
Proceso de tiocianato de sodio: El gas de SO2 es lavado con una solución de tiocianato de sodio y el mercurio es removido como sulfuro. La reacción es mostrada en la siguiente formula:
3𝐻𝑔 + 8𝑆𝐶𝑁 ∓ 4𝐻 + +𝑆𝑂2 → 2(𝐻𝑔(𝑆𝐶𝑁)4)2− + 𝐻𝑔𝑠 + 2𝐻2𝑂
Ecuación 3. Reacción tiocionato de sodio, mercurio y dióxido de azufre
Filtro carbono activado (Proceso Lurgi): Mediante un filtro con carbono activado se remueve el vapor de mercurio de la corriente de gas.
El proceso Boliden-Norzink y Outotec son los más comúnmente usados, sin embargo, otros procesos han sido
reportados: (OSPARCOM, 1996) (Petola H. et al., 1985)
83
Depurador de Selenio: Ocurre en un depurador húmedo y usa la reacción entre el Selenio en el ácido sulfúrico y mercurio para remover elevadas concentraciones del vapor de mercurio.
Filtro de Selenio: Un proceso de depurado donde se utiliza un filtro de Selenio que reacciona con el mercurio presente en el gas.
Proceso de sulfuro de plomo: Mediante un depurador seco, usando nódulos de sulfuro de plomo se remueven el mercurio de la corriente de gas.
Proceso de Tinfos/Miltec. Un proceso de limpieza basado en la oxidación de mercurio usando hipoclorito de sodio. Después del oxidado en la torre de lavado, el mercurio se precipita como sulfuro de mercurio HgS. (Nordic Report, 2008)
Proceso Lurgi para limpieza de mercurio: Consiste en un Precipitador electrostático para remoción de polvos y alquitranes, un calentador de gases, una cama absorbente, un sistema de extracción y un sistema de análisis del gas dando una eficiencia de absorción de la planta del 98%.
Proceso Boliden Contech: En una cama de empaqu son usadas esferas de Selenio. El método no ha sido ampliamente probado y la experiencia está limitada a la industria Escandinava.
Proceso Dowa: El mercurio es absorbido en pumita cubiertas con sulfuro de plomo.
Dos otros procesos están disponibles para reducir el mercurio, pero su uso está basado en la mejora de la calidad del
ácido y material para beneficio económico en lugar de efectos ambientales positivos.
Proceso intercambio Iones de SuperLig: Este proceso logra un cambio de iones obteniendo mercurio con concentraciones < 0.5 ppm.
Adición de yoduro de potasio: La adición se hace a temperaturas bajas y tiene una eficiencia del 93%.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de mercurio.
• Aumento en el consumo de energía. • Residuos sólidos o líquidos son producidos y requieren un tratamiento y/o disposición.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a procesos pirometalurgicos donde halla presencia de
gases con contenidos de mercurio.
4.2 Mejores Técnicas disponibles y buenas prácticas ambientales primarias y secundarias
Mejores técnicas primarias: Las técnicas primarias son el conjunto de acciones, tecnologías y
sistemas utilizados previo al proceso de fundido. Son medidas preventivas, por lo cual se caracterizan
por el conocimiento anticipado del daño ambiental que se generaría de no ser aplicadas y de no obrar
en conformidad con ese conocimiento (Corte Constitucional, 2010).
84
Mejores técnicas secundarias: Las técnicas secundarias son el conjunto de acciones, tecnologías
y sistemas utilizados posteriormente al proceso de fundido. Son medidas correctivas.
A continuación, se muestran las técnicas primarias y secundarias del proceso primario y secundario
del proceso metalúrgico de cobre y aluminio.
4.2.1 Aluminio primario. 4.2.1.1 Mejores técnicas primarias.
4.2.1.1.1 Técnicas para reducir las emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de materiales
primarias usados para la producción de aluminio.
Técnicas para reducir las emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de materiales primarias usados
para la producción de aluminio.
Descripción
Técnicas generales empleadas para reducir las emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de los materiales
son considerados en la sección 4.1.1 Emisiones difusas.
Descripción técnica
Debido a la potencial formación de polvos debe realizarse el proceso de transferencia, separado y molido en un sitio
especifico en el cual se encuentren instalados filtros de manga, ver sección 4.1.2.1.4 y precipitadores, ver sección
4.1.2.1.1.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Reducción de emisiones al aire. • Recuperación de materiales.
Aumento en el consumo energético.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
4.2.1.2 Mejores técnicas secundarias.
4.2.1.2.1 Técnica para reducir polvo y fluoruros de las celdas de gas.
Técnica para reducir polvo y fluoruros de las celdas de gas.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Depurador seco, ver sección 4.1.2.2.3
Depurador húmedo, ver sección 4.1.2.2.2 Descripción técnica
Los gases capturados de las celdas electrolíticas son enviadas por una red de ductos a uno o más centros de
tratamiento, los cuales están compuestos por depuradores y filtros de manga. El depurado húmedo está basado en la
recuperación de fluoruros por absorción empleando alúmina como agente absorbente, allí la alúmina es introducida a
un reactor donde es separada por un proceso de electrolisis y finalmente los gases pasan a un filtro de mangas para la
remoción de polvos y material particulado.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
85
• Reducción de fluoruros totales y emisiones de polvo. • Recuperación completa de productos fluorados. • Uso de alúmina como agente de limpieza disminuye la necesidad de agentes adicionales.
Aumento en el consumo energético, el depurador
húmedo requiere una cantidad significante de
energía.
Consideraciones técnicas relevantes a la
aplicabilidad
Generalmente aplicable.
4.2.1.2.2 Técnica para prevenir emisiones de so2 de las celdas de gas. Técnica para prevenir emisiones de so2 de las celdas de gas.
Descripción
La técnica a considerar es el uso de ánodos con baja concentración de azufre.
Descripción técnica
El Control de emisiones de SO2 en una fundidora de aluminio puede ser logrado seleccionando materiales con un bajo
contenido de azufres26. Mediante el control de esas condiciones se limitaría la emisión de SO2.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones totales de SO2, tanto
en la fundición, como en la manufactura de los
ánodos.
Sin efectos cruzados reportados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Extremadamente bajas concentraciones de azufre en los ánodos
pueden generar mayores emisiones de SO2; consecuencia de una
elevada reactividad del ánodo que conduce al empleo de más
ánodos en la producción.
4.2.1.2.3 Técnica para reducir emisiones de SO2 de las celdas de gas en el proceso de electrolisis. Técnica para reducir emisiones de SO2 de las celdas de gas en el proceso de electrolisis.
Descripción
La técnica a considerar es implementación de depuración húmeda, ver sección 4.1.2.2.2
Descripción técnica
Los depuradores húmedos son principalmente usados para la remoción de SO2, pero también pueden reducir trazas
de fluoruros y polvos después del proceso de depurado seco. El depurado húmedo puede ser aplicado a las celdas
electrolíticas después de que han sido tratadas en el depurador seco.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de SO2, y en cierta
medida, polvos y fluoruros.
• Aumento en el consumo energético. • Descarga de los contaminantes absorbidos y convertidos.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
La aplicación de depuradores húmedos puede verse limitada a los
siguientes casos:
• Tasas de flujo muy elevadas.
26 Normalmente poseen un contenido mayor al 85% del azufre proveniente del coque usado para la manufactura de ánodos.
86
• Elevadas cantidades de agua requeridas por lo cual en zonas áridas no es recomendado.
4.2.1.2.4 Técnica para reducir emisiones del fundido, refinado y colado del metal.
Técnica para reducir emisiones del fundido, refinado y colado del metal.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
• Uso de metal liquido del proceso de electrolisis • Uso de material libre de pintura, plástico, aceites entre otros.
Descripción técnica
Fundidoras secundarias integradas en un proceso de fundido primario de aluminio tienen permitido el fundido de metal
y chatarra comercial. Esta chatarra debe estar libre de sustancias como pintura, plástico y aceite, y dado el caso deben
ser enviadas de vuelta a la industria chatarrera para su pretratamiento.
En una planta integrada, las emisiones representan el 5% del total de emisiones, con el fin de reducir estas emisiones,
las plantas emplean filtros de manga.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvo.
Aumento en el consumo de energía.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
4.2.2 Aluminio secundario 4.2.2.1 Mejores técnicas primarias.
Las técnicas generales empleadas para reducir las emisiones del almacenamiento, manejo y
transporte de los materiales son consideradas en la sección 4.1.1
4.2.2.1.1 Técnica para reducir emisiones del almacenamiento, manejo y transporte de materia prima para
la producción secundaria de aluminio.
Descripción
Para las emisiones de polvo que se encuentran canalizadas, la técnica a considerar es: Filtros de manga, ver sección
4.1.2.1.4.
Descripción técnica
Hay variedad de materiales secundarios y amplios rangos de tamaño de partículas debido a la naturaleza generadora
de polvos, fundentes, sales y escorias/virutas que deben ser capturados en zonas específicas y realizar los procesos
de molida y separación bajo un filtro de manga.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones al aire.
Recuperación de materiales.
Aumento en el consumo energético.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
87
4.2.2.1.2 Técnicas para separar componentes no metálicos y metales diferentes al aluminio y reducción
de su tamaño previo a la etapa de fundido.
Técnicas para separar componentes no metálicos y metales diferentes al aluminio y reducción de su tamaño
previo a la etapa de fundido.
Descripción
Las técnicas a considerar son una combinación de las siguientes:
• Separación magnética. • Separación por corriente de Eddy. • Separación por densidad relativa.
Descripción técnica
Estas técnicas son usadas con el fin de aumentar la variedad de chatarras que pueden ser usadas y para aumentar la
calidad del material de alimentación. Después del tratamiento, las chatarras son usadas en hornos estacionarios
rotatorio.
Para estas técnicas la chatarra empleada generalmente esta triturada.
Separación magnética: después del triturado, los trozos son transportados por cintas y el hierro es removido por
dispositivos magnéticos; tecnologías modernas como corriente de Foucault permite separar los materiales ferrosos y
no ferrosos del resto de materiales.
Separación por corriente de Eddy: después de la separación magnética para remover compuestos no metálicos de
la chatarra triturada, la separación por corriente de Eddy es aplicada. Un campo electromagnético separa el aluminio y
otros metales no ferrosos de los compuestos no metálicos como goma, plástico y madera basados en las diferentes
propiedades magnéticas de los compuestos.
Separación por densidad relativa: la técnica también logra la separación de aluminio de otros metales no ferrosos,
consiste en el movimiento de los trozos a través de recipientes que contienen fluidos de diferentes densidades. Drenado
y secado durante el almacenamiento, antes de ir al horno de fundición, de lo contrario proceso extra de secado es
requerido y por lo tanto mayor consumo de energía.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Recuperación de metales como hierro,
cobre y plomo
Selección de materiales de
alimentación de alta calidad.
reducción de contaminantes emitidos,
fundentes empleadas y escorias
generadas.
Aumento en el consumo energético.
Generación de residuos (Compuestos no metálicos).
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Estas técnicas son aplicables de manera general cuando sea
necesario para aumentar la calidad de la chatarra y preparar el
material de alimentación.
4.2.2.1.3 Técnicas para remover aceites y compuestos orgánicos de las virutas previo al proceso de
fundido. Técnicas para remover aceites y compuestos orgánicos de las virutas previo al proceso de fundido.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
• Centrifugación. • Secado empleando un secador rotatorio.
Descripción técnica
88
Centrifugación: Mediante el proceso de centrifugación a las virutas metálicas altamente contaminadas se les remueve
la mayoría de aceites y contaminantes líquidos.
Secador Rotatorio: El secado empleando un secador rotatorio puede remover totalmente el aceite y otros compuestos
orgánicos, se realiza en un sistema rotatorio basado en el calentamiento del material a temperaturas controladas
llevando a la oxidación del material.
La temperatura para el secador de la viruta es generalmente controlada entre 300-400° para lograr pirolisis mientras se
minimiza la oxidación. Los gases de pirolisis provenientes del secador son combustibles en un quemador con el fin de
completar la combustión y finalmente, cuando el material va a ser almacenado, se enfría con aire y se separan los
demás componentes mediante separación magnética.
Tecnologías modernas de secadores son diseñados con un sistema de posquemado permitiendo que la energía
generada por la pirolisis sea aprovechada
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Remoción de aceite y componentes orgánicos previo a la etapa de fundido. • reducción de las emisiones del fundido, especialmente compuestos orgánicos. • reducción de fundentes empleados y escorias producidas.
• Aumento en el consumo energético. • Emisiones de CO2 y NOx.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicables de manera general, a menos que la industria cuente
con sistemas de tratamiento o este específicamente diseñada
para la no emisión de compuestos orgánicos.
4.2.2.1.4 Selección del horno apropiado para el proceso de fundido. Selección del horno apropiado para el proceso de fundido.
Descripción
Los hornos a considerar son:
• Horno de reverbero • Horno rotatorio • Horno de inducción • Hornos de Eje
Descripción técnica
Diferentes tipos de chatarra presentan un desafío en el fundido, ya que varios factores influyen en la generación de
emisiones y el rendimiento del horno., factores como material usado, tamaño, contenido de óxido y grado de
contaminación del material.
Los hornos pueden separarse en dos grupos: Alimentados con combustible fósil, y alimentados con electricidad. Los
hornos alimentados con combustible fósil son los más usados en la industria secundaria del aluminio, en la Tabla 22 se
da una visión general de las ventajas y desventajas de los hornos.
A continuación, son nombrados los hornos empleados en la industria.
Hornos de reverbero: el horno de reverbero es el clásico horno y múltiples variaciones han sido desarrolladas para
las aplicaciones individuales, su diseño principal comprende una caja refractaria rectangular junto con uno o más
quemadores y sistemas de salida de los gases en el techo, o en la pared del horno; el horno puede ser estacionario o
rotatorio.
El horno de reverbero es altamente recomendado para el fundido de piezas de elevados tamaños como lingotes, balas
compactas, barras, entre otros, y cuando no es requerido el empleo de sales fundentes.
89
Los hornos pueden estar equipados con una cámara lateral donde se pueden ser depositadas chatarras directamente
en el metal líquido limitando el contacto de la chatarra con el gas de salida.
Las chatarras altamente contaminadas con material orgánico y bajos grados de contaminación por otros metales
pueden ser fundidos en hornos de reverbero ya que no son requeridos fundentes, y lo gases con contenido orgánico
pasan a un proceso de posquemado.
Horno rotatorio: el diseño principal de este horno es una línea refractaria de acero que gira alrededor del eje central,
la chatarra es cargada a través de la apertura principal y los sistemas de tratamiento como quemadores pueden ser
ubicados en el lado frontal, o en el lado lateral. Tradicionalmente el horno de tambor rotatorio tiene un eje fijo, lo que
significa que la línea central de rotación se mantiene horizontal permitiendo el tratamiento de gran variedad de tamaños
de chatarra con el requerimiento de adicionar una cantidad de fundente que protege al material de la oxidación.
Respecto a la remoción de sales y escorias en el horno de eje, un punto de recogida es ubicado en la circunferencia
del tambor donde son capturados y posteriormente almacenadas en un colector.
Horno basculante: es posible lograr una carga elevada inclinando el horno hacia atrás, y para la descarga de metal el
horno es posicionado horizontalmente, o inclinado levemente permitiendo que el metal puede fluya al sistema de colado;
gracias a esta inclinación la escoria puede ser removida rotando el tambor a velocidades bajas.
Hornos de inducción: los hornos de inducción emplean electricidad para fundir la chatarra mediante el calentamiento
por inducción se da una transmisión de energía entre una bobina y una carga conductora, dado que en el horno no se
emplean combustibles fósiles, los gases de combustión son nulos y la perdida por oxidación es baja; generalmente los
hornos de inducción emplean chatarras limpias y su capacidad es baja comparado a una planta productora moderna.
Horno de eje: Este horno es usado para el fundido de lingotes y el refundido de otros materiales de aluminio
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Ver Tabla 22.Ventajas y desventajas de los
diferentes hornos de fundición secundaria
Ver desventajas, TABLA 22
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Estas técnicas son aplicables a todas las plantas de producción
secundaria de aluminio, dependiendo del material de
alimentación.
.
90
Tipo de
horno Variaciones Principal aplicación Ventajas Desventajas
Sistema de
captura de gases Comentarios
Reverbero
Estándar Fundido de grandes volúmenes de chatarra limpia y
materia prima contaminada con materiales orgánicos.
-Gran capacidad (100 ton)
-Pocas restricciones en el tamaño del material
de alimentación
-No uso de fundentes.
-Baja eficiencia térmica
-Restricciones del tipo de material
de alimentación
Semi sellado
-Alto rendimiento debido a la calidad del
material de alimentación
-Permite la instalación de bombas de metal
fundido
Cámara
lateral
Misma aplicación que el horno estándar, sin embargo,
permite un mayor rendimiento del material de
alimentación.
-Elevada capacidad de carga
-Permite varios tipos de material de
alimentación
-Normalmente no es requerido el empleo de
fundentes
Baja eficiencia térmica Semi sellado
-Amplios rendimientos dependiendo de la
calidad del material de alimentación
-Instalación de bombas para metal fundido.
Núcleo
inclinado
Fundición de aluminios aleados con materiales como
hierro y estaño.
-Efectivo en la remoción de contaminantes del
proceso de fundido Baja eficiencia térmica Semi sellado
-Ocasionalmente incorporado en otros tipos
de horno.
-Rendimiento dependiendo de la
contaminación del material.
Rotatorio
Eje Fijo Reciclado de material de alimentación variado
-Sin restricciones en el material de alimentación
-Elevada eficiencia térmica
-Eficiencia en la remoción de magnesio
-Sin generación de espumas o escorias
-Elevados volúmenes de carga permitidos (>65
ton)
-Elevado consumo de sal relativo
-Tamaño restringido del material de
alimentación
Semi sellado Escorias salinas resultantes del proceso
pueden ser reprocesadas
Basculante Misma aplicación que horno de eje fijo
Mismas ventajas que el horno rotatorio de eje
fijo, pero menor uso de fundentes y menor
capacidad
Tamaño restringido del material de
alimentación Semi sellado
-Escorias salinas resultantes del proceso
pueden ser reprocesadas
-Tendencia a ser usada para chatarra de
baja calidad y escorias
91
Inducción
Sin núcleo Fundido de chatarras limpias o chatarra de elevada
calidad.
-Alto rendimiento obtenido
-Sin gases de combustión
-Sin cobertura de fundentes requerida
-Uso flexible (Usos continuos o intermitentes)
-Relativa baja carga (<10 ton)
-Restricciones en el material de
alimentación.
-Restricciones en el tamaño del
material de alimentación
Abierto
Canalizado Misma aplicación que horno de inducción sin núcleo.
-Altos rendimientos obtenidos
-Sin gases de combustión
-Sin fundentes requeridos
Mismo que el horno de inducción sin
núcleo, pero con mayor capacidad
(20-25 ton)
Semi sellado
Eje Fundido de lingotes limpios y chatarras de proceso en las
industrias de fundición. -Mejor eficiencia térmica
-Restricciones en el material de
alimentación
-Restricciones en el tamaño del
material de alimentación
Semi sellado Usado en procesos de torres de fundido
TABLA 22.Ventajas y desventajas de los diferentes hornos de fundición secundaria
92
4.2.2.2 Mejores técnicas secundarias.
4.2.2.2.1 Técnicas para reducir las emisiones difusas al aire del proceso de fundición de aluminio secundario.
Técnicas para reducir las emisiones difusas al aire del proceso de fundición de aluminio secundario.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
o Campana y puerta de sellado del horno. o Carga sellada del material. o Recolección de vapores dirigida.
Descripción técnica
Las operaciones del horno, especialmente carga y descarga pueden resultar en la liberación de gases en el aire con
alto contenido de material particulado, contaminantes orgánicos de la entrada de chatarra y posiblemente elementos
de la combustión incompleta del combustible, por esta razón el ingreso de material con contaminantes orgánicos, como
revestimientos, aceites y pinturas, el horno es cargado con excesos de oxígeno para quemar los compuestos orgánicos.
Campana y puerta de sellado: ciertas puertas de horno están diseñadas para mantener el calor al interior y el aire frio
afuera del sistema, estas puertas deben ser fáciles de operar y estar selladas apropiadamente para mantener la presión
dentro del horno, y en ocasiones una campana para prevenir cualquier liberación de humos al ambiente cuando la
puerta está abierta y se generen emisiones difusas.
Carga sellada del material: un carro de carga o cinta transportadora es usado para transferir chatarra al horno con el
fin de que la cinta quede sellada en la puerta de descarga durante la alimentación evitando emisiones difusas y perdidas
de energía, este sistema puede incorporar una cámara que permita el precalentamiento de la chatarra antes de ser
cargada optimizando el proceso y reduciendo el gasto energético.
Recolección de vapores dirigida: los sistemas de recolección de vapores están diseñados para que el extractor
recolecte directamente durante los ciclos de carga, fundido y colada, proceso que puede ser logrado con mayor
efectividad usando compuertas controladas automáticamente conectadas al extractor de manera que durante las
distintas operaciones el sistema de captura se active de manera automática, y las tasas de quemado bajen para que
no se emitan la misma cantidad de gases.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Campana y puerta de sellado.
Prevención de emisiones difusas
Reducción en el consumo energético Carga sellada del material
Prevención de emisiones durante la carga del material. Recolección de vapores dirigida.
Prevención de emisiones difusas
Reducción en el consumo energético
Sin efectos cruzados reportados
Consideraciones técnicas relevantes a la
aplicabilidad
Aplicable de manera general.
4.2.2.2.2 Técnicas para reducir las emisiones de polvo al aire del proceso de fundido. Técnicas para reducir las emisiones de polvo al aire del proceso de fundido.
Descripción
La técnica a considerar es el uso de un filtro de manga, ver sección 4.1.2.1.4.
93
Descripción técnica
La mayoría de plantas secundarias emplean un filtro de manga para reducir emisiones de material particulado y metales,
en este sistema, el gas pasa a través de un tejido delgado o filtro de tela, causando que el material particulado y metales
queden atrapados en el tejido por medio de filtración, u otros mecanismos dejando los polvos al interior del filtro, este
material almacenado puede aumentar significativamente la eficiencia de recolección; cuando un agente absorbente es
agregado, la reacción tiene lugar al interior del filtro.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones de polvo.
• Aumento en el consumo energético. • Residuos peligrosos generados si el material capturado no es tratado adecuadamente.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable.
4.2.2.2.3 Técnicas para reducir las emisiones al aire de carbono orgánico del proceso de fundido. Técnicas para reducir las emisiones al aire de carbono orgánico del proceso de fundido.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
o Posquemador
o Sistema interno de quemado
Ver sección 4.1.2.2.1.
Descripción técnica
Dependiendo del tipo de chatarra, especialmente residuos sucios con contaminantes orgánicos, el gas de emisión puede
contener varios componentes orgánicos expresados como carbonos orgánicos totales TVOC que pueden ser tratados
mediante sistemas de posquemado o quemadores internos, estos sistemas tienen como objetivo mantener una temperatura
adecuada y pueden quemar los compuestos orgánicos en el gas y convertirlos en CO2, H2O y HCl.
Posquemador: el sistema de posquemado consiste en una cámara refractaria con uno o más quemadores, este sistema
debe considerar el tiempo de estadía de los gases y los parámetros de la composición del gas, particularmente el contenido
de cloros.
Sistemas internos de quemado: en el sistema interno de quemado el gas emitido es directamente depositado en la flama
del quemador, y el carbono orgánico se convierte en CO2, usualmente se emplea un horno de dos cámaras: en la primera
cámara ocurre la pirolisis de materiales orgánicos y en la segunda cámara, se queman los componentes orgánicos con
oxígeno.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Reducción de los compuestos orgánicos,
incluidos VOCs, CO y PCDD/F. • Reducción en el uso energético cuando el sistema de quemado interno es aplicado.
Posquemador
o Aumento en el consumo energético.
o Aumento de emisiones de NOx y CO2.
Sistema interno de quemado
o Sin efectos cruzados reportados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
94
Aplicable de manera general.
4.2.2.2.4 Técnicas para reducir las emisiones al aire de gases ácidos y compuestos orgánico, incluyendo
PCDD/F.
Técnicas para reducir las emisiones al aire de gases ácidos y compuestos orgánico, incluyendo PCDD/F.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
• Inyección de cal, o bicarbonato de sodio. • Inyección de carbono activado.
Descripción técnica
El filtro de mangas no puede remover compuestos gaseosos de la corriente, pero puede ser usado para una reacción
si los agentes absorbentes como cal, bicarbonato de sodio, carbonato de calcio y carbono activado son mezclados con
el gas expulsado, estos absorbentes son inyectados con el fin de neutralizar componentes ácidos y cloros por reacción
química, y para absorber componentes orgánicos como PCDD/F.
Carbono activado, carbonato de calcio (CaCO3) o Bicarbonato de sodio (NaHCO3) son los absorbentes comúnmente
usados.
Las reacciones con los diferentes compuestos son:
2𝐻𝐶𝐿 + 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2
2𝐻𝐹 + 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 𝐶𝑎𝐹2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2
𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2
𝐻𝐹 + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 = 𝑁𝑎𝐹 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2
𝐶𝑙2 + 2𝑁𝑂𝐻 = 𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂
ECUACIONES 4-8. REACCIONES DE LOS MATERIALES ABSORBENTES CON LOS DIFERENTES COMPUESTOS.
La cantidad de absorbentes usado depende del tipo de chatarra procesada y el minucioso mezclado de los absorbentes
con la corriente de gas, también pueden ser empleadas otras mezclas como: Mezcla de hidróxido de calcio (Ca(OH)2),
carbonato de calcio (CaCO3) junto con un grupo de minerales reactantes, estos absorbentes son inyectados en un
recipiente reactor por un tornillo sin fin con una tasa de alimentación controlada a través de inyección neumática y
finalmente, después de pasar el sitio donde ocurre la reacción, el gas residual pasa a través del filtro.
En algunas plantas cuando la cantidad de contaminantes orgánicos es alta en el material de alimentación es empleado
un posquemador previo al proceso de inyección del agente absorbente permitiendo la reducción efectiva de emisiones
de PCDD/F.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de compuestos
orgánicos como PCDD/F, y gases ácidos (HCl,
HF)
Contaminantes peligrosos pueden ser producidos si el material
recogido no es tratado adecuadamente.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
95
4.2.2.2.5 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones al aire del tratamiento del metal fundido en la
producción secundaria de aluminio.
Técnicas para prevenir y reducir las emisiones al aire del tratamiento del metal fundido en la producción
secundaria de aluminio.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
• Control del proceso de refinado y uso de una mezcla del cloro con el gas inerte. • Depurador húmedo usando inyección de bicarbonato de sodio como agente absorbente. • Suministro de metal líquido para moldeo directo.
Descripción técnica
El metal fundido es refinado para remover gases y otros metales, en esta refinación una mezcla de cloro y
otros agentes de tratamiento son usados junto con gas inerte generando ácido clorhídrico y ácido sulfúrico
que son emitidos al aire.
Mediante las siguientes técnicas son controladas/tratadas estas emisiones:
Control del proceso de refinado y uso de una mezcla de cloro con gas inerte: el control de los fundentes
usados es requerido, si un exceso de cloro es usado, puede ser emitido como cloruro de aluminio y puede
hidrolizarse en contacto con el aire para producir ácido sulfúrico, para prevenir y reducir esto, un control
adecuado del proceso es fundamental, así como una mezcla de cloro con gas inerte en lugar de cloro puro.
Secador usando cal o bicarbonato de sodio como agente absorbente: la inyección de sustancias
absorbentes como cal o bicarbonato de sodio en el gas de escape antes del filtro de manga reduce emisiones
acidas.
Suministro del metal líquido: para un moldeo directo el metal es suministrado en estado líquido reduciendo
la energía requerida para refundir el aluminio y las emisiones generadas.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Control del proceso de refinado y uso
de una mezcla de cloro con gas inerte
Prevención de las emisiones acidas.
Secador usando cal o bicarbonato
de sodio como agente absorbente
Reducción de las emisiones acidas
Suministro del metal líquido
Reducción de las emisiones al aire.
Ahorro de materiales.
Control del proceso de refinado y uso de una mezcla de cloro con gas
inerte
Sin efectos cruzados reportados.
Secador usando cal o bicarbonato de sodio como agente absorbente
El uso de aditivos puede generar residuos peligrosos si los
polvos no son tratados adecuadamente.
Suministro del metal líquido
Sin efectos cruzados reportados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Control del proceso de refinado y uso de una mezcla de cloro con gas
inerte
Generalmente aplicable
Secador usando cal o bicarbonato de sodio como agente absorbente
Generalmente aplicable
96
Suministro del metal líquido
El sitio de moldeo del comprador no debe encontrarse a una distancia mayor de 4 a 5 horas de viaje.
4.2.2.2.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del refundido.
Técnicas para prevenir y reducir emisiones del refundido.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Uso de chatarra de aluminio limpia
Optimización de las condiciones de combustión para la reducción del polvo.
Filtro de manga, ver sección 4.1.2.1.4 Descripción técnica
El polvo contenido en el gas de salida fluctúa en un amplio rango y es afectado principalmente por el tipo y
cantidades de impurezas presentes en el material de alimentación. Si las chatarras empleadas están limpias o son
usados lingotes y las plantas poseen alto rendimiento, las emisiones de polvo son insignificantes y no requieren
mediciones extras (VDI, 1998).
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones al aire.
Aumento en el consumo energético
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
4.2.2.2.7 Técnicas para prevenir y reducir emisiones al aire de escorias y virutas. 4. Técnicas para prevenir y reducir emisiones al aire de escorias y virutas.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
• Enfriamiento de escorias/natas en contenedores sellados bajo gas inerte. • Enfriamiento de escorias/natas en contenedores sellados. • Compactación de escorias/natas con un sistema de extracción de aire y sistemas de tratamiento. • Prevención del humedecimiento de las escorias/natas.
Descripción técnica
Las escorias/natas son formadas por la reacción de los productos de purgado y la oxidación del material fundido en la
superficie del material líquido, son retirados de la superficie del metal en un proceso previo al colado y son reusados
para la recuperación de aluminio.
Contenedores sellados, coberturas o compactación pueden ser usada para minimizar las emisiones y futura oxidación
de las escorias/natas.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones al aire
Reducción de la perdida de materiales
debido a la oxidación.
Sin efectos cruzados reportados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
97
4.2.3 Cobre primario. 4.2.3.1 Mejores técnicas primarias.
4.2.3.1.1 Técnicas para reducir emisiones difusas de la recepción, almacenamiento y manejo de materiales
para la producción primaria y secundaria de cobre
Las técnicas generales aplicadas para la reducción de emisiones difusas de la recepción, almacenamiento
y manejo de materiales primarios y secundarios son considerados en la sección 4.1.1
Técnicas para reducir emisiones difusas de la recepción, almacenamiento y manejo de materiales para la
producción primaria y secundaria de cobre
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Superficies impermeables con sistemas de drenaje y colección para pilas de material de alimentación.
Sistemas de extracción seguidos por un filtro de manga.
Descripción técnica
Los materiales de alimentación primarios son minerales, concentrados, coque, arena y otros fundentes los cuales se
encuentran en la naturaleza, así mismo también se emplean una amplia variedad de materiales secundarios que incluyen
varios metales y compuestos metálicos como chatarras, escorias, natas, sales, matas de cobre, y polvos de filtrado, estos
materiales se encuentran en una amplia gama de tamaños y pueden estar contaminados con aceites, ácidos y material
orgánico.
Durante el manejo del material se pueden generar emisiones difusas por lo cual es requerido sistemas de captura
generalmente seguidos por un filtro de manga.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Reducción de las emisiones de polvo. • Reusó de polvos en el proceso.
• Aumento del consumo energética. • El tratamiento de los polvos para la remoción de impurezas debe realizarse en instalaciones cerradas.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicables.
4.2.3.1.2 Técnicas para reducir emisiones difusas del transporte de material fino.
Las técnicas generales aplicadas para reducir las emisiones difusas del transporte de material fino son
considerados en la sección 4.1.1
Técnicas para reducir emisiones difusas del transporte de material fino.
Descripción
La técnica a considerar son los sistemas de extracción seguidos por un filtro de manga.
Descripción técnica
Filtro de manga, ver sección FILTROS DE MANGA4.1.2.1.4.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Aumento del consumo energética.
98
• Reducción de las emisiones de polvo • Polvo capturado es usado
en procesos posteriores de fundición.
El tratamiento de los polvos para la remoción de impurezas debe
realizarse en instalaciones cerradas.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
4.2.3.1.3 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de la carga de hornos y convertidores en la producción
primaria y secundaria de cobre.
Técnicas para prevenir y reducir emisiones de la carga de hornos y convertidores en la producción primaria y
secundaria de cobre.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Briqueteado y peletización del material de alimentación.
Sistemas de carga sellados, quemador de un único alimentador, doble campana, sellado de puertas,
alimentadores, transportadores e inyección neumática.
Procedimientos de carga adecuados, como carga del horno bajo presión negativa, carga de los convertidores
durante el soplado, modificación de los sistemas de carga para dar un margen de carga para adición de material
de alimentación, o una alimentación continua del material.
Encerrado o sellamiento y campanas de extracción con tasas eficientes junto con un posterior sistema de limpieza
del gas.
Descripción técnica
Las técnicas aplicadas para prevenir y reducir las emisiones de las operaciones de carga dependen del tipo de horno y el
tipo de material de alimento
Briqueteado y peletización del material de alimentación: él material fino y polvoriento es comprimido en briquetas o
peletizado posteriormente a un análisis de las condiciones del horno.
Sistemas de carga sellados:
Transportadoras cubiertas o alimentadores encapsulados
Sistemas de ventilación para cintas transportadoras, puntos de transferencia y zonas de almacenamiento.
Hornos de eje cargados con un sistema de doble campana. Secciones de carga equipadas con sistemas de captura y recolección de emisiones difusas y limpieza en filtros de manga ya que el gas limpiado puede ser usado como gas combustible en una planta local.
Hornos eléctricos equipados con sistemas de carga encapsulados.
Hornos altos equipados con un sistema de carga y sistemas de sellados de puerta.
Material fino inyectado neumáticamente en el material fundido del horno.
Procedimientos de carga: Carga del material en hornos o convertidores bajo presiones negativas.
Modificación de los sistemas de carga para permitir la adición continua de materiales evitando fugas. En esta técnica la
alimentación al horno es continua y no hay fluctuación en las emisiones.
Encerramiento o sellado de los hornos y extractores con la suficiente potencia de extracción y posterior limpieza
de gases:
Hornos y puntos de carga bajo coberturas o extractores.
Agujeros de carga equipados con sistemas de captura primarios o secundarios conectados a sistemas de tratamiento. Los extractores deben ser controlados por sistemas automáticos logrando una eficiente captura de gases durante todo el proceso.
Un extractor grúa en los procesos donde los hornos con cuenten con sistemas de sellado o coberturas efectivas.
99
Sistemas de carga enlazados a los sistemas de limpieza de manera que sean activados automáticamente en el proceso de alimentación. Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
• Reducción de emisiones de polvos, metales y otros compuestos. • Preservación de los materiales cuando los filtros de polvo son reutilizados en el proceso.
Aumento del consumo energético para ventilación y operación de
equipos de limpieza.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable, teniendo en cuenta el tipo de horno, tipo de
proceso y disponibilidad de espacio.
4.2.3.1.4 Técnicas para reducir las emisiones del secado de concentrados y materiales secundarios.
Los concentrados son secados para reducir el contenido de humedad del 7 a 8% hasta el 0.2 previo al
proceso de fundido en el caso que el fundido sea en hornos de eje, el concentrado es secado hasta 3.5
a 4% y posteriormente briqueteado.
Hay dos tipos de secadores usados para el secado de concentrados de cobre:
Secadores rotatorios de gas caliente, alimentados con gas natural u otros combustibles.
Secadores de corriente gaseosa generalmente alimentados por gases de salida de los hornos.
Ver sección 4.1.2
A continuación, se describen las técnicas.
Técnicas para reducir las emisiones del secado de concentrados y materiales secundarios.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Filtro de manga, ver sección 4.1.2.1.4
Precipitador electrostático, ver sección 4.1.2.1.1
Depurador, ver sección 4.1.2.2.2 y 4.1.2.2.3
Descripción técnica
Dependiendo del tipo de secador, los gases de salida pueden contener concentraciones variables de SO2 debido a la
oxidación del material, por esta razón la temperatura debe ser controlada, evitando al máximo la posibilidad de generación.
El secador rotatorio tiene un tambor giratorio donde los gases producidos por la combustión de gas natural se ponen en
contacto con el material húmedo, y el agua es transferida al gas, este gas de salida del secador es tratado para la remoción
de polvo, con sistemas como filtros de manga, precipitadores electrostáticos o depuradores para la remoción de SO2 o
NOx.
Los secadores de corriente son calentados indirectamente por bobinas de corriente, la salida depende de la presión y
tiempo de retención; aumentando la presión, la capacidad puede aumentar, para la limpieza del concentrado, una pequeña
cantidad de aire es introducida y mediante las bobinas el calor residual puede usarse en otras partes del proceso, y
finalmente el aire es tratado para la remoción de polvo en un filtro de manga.
Minerales o concentrados secados pueden ser pirofóricos y el diseño de los sistemas de control y tratamiento deben tener
esto en cuenta. La inyección de gases inertes puede ser usada para suprimir la ignición.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
100
Filtros de manga y precipitadores
electrostáticos
• Reducción de emisiones de polvo y metales. • Recuperación de materiales atrapados en forma de polvos. Depurador
• Reducción de emisiones de SO2. • Reducción de emisiones dependiendo del depurador empleado.
Filtros de manga y precipitadores electrostáticos
Aumento en el consumo energético.
Depurador
Aumento en el consumo energético
Necesidad de químicos
Consumo de agua y generación de vertimientos que requieren tratamiento
previo a su descarga.
Generación de residuos. El yeso generado durante el procesamiento de
SO2 debe ser reciclado del secador rotatorio.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Técnicas aplicables de manera general a plantas nuevas tanto como existentes.
4.2.3.2 Mejores técnicas secundarias.
4.2.3.2.1 Técnica para reducir las emisiones primarias del tostado del concentrado.
El material de alimentación fino comprimido y concentrados reciclados son tostados en un horno
realizando ajustes del aire caliente hasta que el nivel de tostado deseado sea alcanzado, en este
proceso arsénico, compuestos orgánicos y azufrados son emitidos.
El tostado es realizado a una temperatura de 600 a 700°C y es autógeno, por lo cual no requiere
energía externa.
Técnica para reducir las emisiones primarias del tostado del concentrado.
Descripción
Las técnicas a considerar son el uso de un ciclón, torre de enfriamiento y precipitador electrostático seco seguido por
una torre de acondicionamiento y filtro de manga.
Descripción técnica
Los gases de salida pasan a través de un sistema de ciclón donde el polvo se precipita y es transportado por cintas
selladas al horno de fundido, después del ciclón los gases de salida son enviados a una torre de enfriamiento donde la
temperatura de gas es reducida de 550°C a 310°C para el ingreso al precipitador electrostático.
El gas de salida es enfriado por segunda vez en una torre de acondicionamiento con inyección de agua reduciendo la
temperatura del gas a 120°C y el arsénico y mercurio se condensan a la fase sólida para su capturado en un filtro de
manga y posterior aprovechamiento, ver Ilustración 22.
101
Ilustración 22. Diagrama de flujo de un tostador junto con un sistema de tratamiento de gases.
Dónde: 1. Carga del concentrado de cobre, 2. Tostador con cámara regenerativa, 3. Aire, 4. Ciclones, 5,7. Torres de
enfriado, 6. Precipitador electrostático, 8. Filtro de manga,9. Gases de salida rumbo a sistema de tratamiento o planta
de aprovechamiento de ácidos, 10. Polvos de filtrado, 11. Material tostado de cobre rumbo al proceso de fundido.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Filtros de manga y precipitadores
electrostáticos
Reducción de emisiones de polvo y metales.
Recuperación de materiales.
Aumento en el consumo energético.
Consumo de agua
Producción de residuos peligrosos.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Técnicas aplicables de manera general a plantas nuevas tanto
como existentes.
4.2.3.2.2 Técnica para la prevención y reducción de emisiones al aire de hornos de fundido en la producción
primaria de cobre.
Los concentrados de cobre son fundidos en un horno a temperaturas superiores a 1100 grados
centígrados para la producción de un fundido que puede ser separado en mata de cobre, cobre blíster y
escorias de cobre.
Los siguientes procesos son aplicados a la mata de cobre:
Fundido usando enriquecimiento de oxígeno.
Fundido en lote de concentrados secados o parcialmente tostados en un horno eléctrico.
Fundido en un horno de eje con concentrados de cobre bajos en contenidos de hierro y sulfuros
y un elevado contenido de carbón.
Fundido por lotes por medio de técnicas de lanza.
Fundido continuo.
Los concentrados de cobre con bajos contenidos de sulfuros pueden ser fundidos directamente a cobre
blíster sin la necesidad de una etapa de conversión, en este proceso directo se evita el transporte del
material fundido eliminando la generación de SO2 en los crisoles y en las etapas de conversión.
102
Técnica para la prevención y reducción de emisiones al aire de hornos de fundido en la producción primaria
de cobre.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Sellamiento/encapsulamiento de los hornos, enriquecimiento de oxígeno y operación bajo presión negativa.
Coberturas, sellamientos, cerramientos de canales con un sistema de extracción y succión potenciado.
Caldera de recuperación y precipitador electrostático caliente seguidas por una planta de ácido sulfúrico o
planta liquida de SO2. Estas técnicas de reducción son consideradas para el tratamiento de gas primario a
partir de la fusión directa y hornos eléctricos.
Filtro de manga con o sin la inyección de cal, o sistemas de depuradores húmedos, depuradores semi
húmedos y filtros para el tratamiento de gas en el proceso secundario.
Descripción técnica
Sellado/encapsulado de hornos, enriquecimiento de oxígeno y operación bajo presión negativa: los hornos son
efectivamente sellados durante procesos de fundido para la contención de gases y prevención de emisiones, este
sellado de los hornos depende de las tasas de extracción para prevenir la presurización del horno y captura de los
gases, siempre buscando lograr una operación bajo presión negativa para prevenir escapes de gases y aumento de la
eficiencia.
Enriquecimiento de oxigeno: el oxígeno es empleado para permitir la auto oxidación de la carga, incluidos los
concentrados sulfurosos, esta inyección de oxígeno permite una conversión más eficiente en los procesos de la planta
de ácidos sulfúricos logrando que los volúmenes de gas sean minimizados, así como el requerimiento en sistemas de
captura, reducción y tratamiento.
Coberturas, sellamientos, cerramientos de canales con un sistema de extracción y succión potenciado: los
techos del horno pueden ser usados como sistemas de ventilación y captura de los gases emitidos mediante la
instalación de sistemas de ventilación que capturan gases difusos durante el aprovechamiento y pueden ser
recirculados en el proceso, Ilustración 23, estas cubiertas son mantenidas bajo presión negativa para prevenir fugas y
asegurar la recolección optima y eficiente.
Ilustración 23. Sistema de captura terciario, fuente (Copper subgroup, 2012)
Dónde: 1. Ductos, 2. Cinta transportadora de material de alimentación, 3. Cobertura, 4. Horno flash.
103
Los sistemas de extracción poseen velocidad variable para brindar las tasas de extracción adecuadas en cada proceso,
sumado a esto se pueden automatizar los sistemas para la operación de los extractores, válvulas y compuertas para
asegurar eficiencia en la recolección y prevenir las emisiones difusas.
Cámara de recuperación y precipitador electrostático caliente seguido por una planta de ácido sulfúrico o
planta liquida de SO2:los gases de la fundición a partir de los concentrados son enfriados en una cámara de
recuperación y posteriormente enviados a un precipitador electrostático en caliente para remoción de polvos, el polvo
de mayor tamaño es removido en la cámara de recuperación para que al ser enviados a la cámara de ácido sulfúrico o
planta de SO2 liquido generen una catálisis adecuada y el ácido producido sea de la mayor calidad posible.
Filtro de manga con o sin la inyección de cal, o sistemas de depuradores húmedos, depuradores semi húmedos
y filtros para el tratamiento de gas en el proceso secundario: los gases secundarios son limpiados mediante
depuradores ya sean húmedos o semihumedos; generalmente los hornos de eje en la sección de carga están equipados
con un sistema de ventilación y el gas es limpiado en filtros de manga en ocasiones con inyección de cal y dependiendo
del fundido son regresados al horno de eje como parte del aire de combustión.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención y reducción de
emisiones de polvo y dióxidos de
azufre.
Captura eficiente de los humos
en la fuente y reducción de las
emisiones difusas.
Reducción de la cantidad de
combustible utilizado debido al
enriquecimiento con oxígeno.
Recuperación de azufre y polvos
de los sistemas de remoción de
polvos.
Producción de vapor de agua.
Recuperación de energía a partir
de los hornos de eje.
Aumento en el consumo energético por la ventilación y operación de
equipos de limpieza.
Sistemas de tratamiento húmedos como depuradores pueden generar
residuos, y vertimientos que requieren tratamiento antes de ser emitidos
a las fuentes de agua.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Las técnicas son aplicables a nuevas y existentes plantas de producción
primaria de cobre.
Caldera de recuperación y precipitador electrostático
Esta técnica es aplicable a los gases de salida de hornos flash y eléctricos
asociados a un tratamiento posterior en una planta de ácido sulfúrico.
Cámara de captura, ciclones, depurador Venturi y planta de poder.
Esta técnica es aplicable a hornos de eje operando con bajos contenidos de
azufre y hierro, y elevados contenidos de carbono orgánico.
Filtro de manga:
Esta técnica es aplicable a las emisiones secundarias
Depurador húmedo
Aplicable para la reducción de SO2in los gases secundarios. El depurador
puede verse limitado en los siguientes casos:
Elevadas tasas de flujo de gases.
Zonas áridas debido a la necesidad de emplear agua. Depurador semi-seco
Esta técnica es aplicable para reducir SO2 en los gases emitidos en
combinación con un filtro de mangas.
104
4.2.3.2.3 Técnica para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido.
La mata de cobre del horno de fundido es convertida a cobre blíster mediante el enriquecimiento de
oxígeno en convertidores Peirce-Smith o Hoboken. El convertidor es cargado con mata de cobre liquido
con cintas. La mata junto con materiales auxiliares es cargada a través de la garganta del convertidor.
Las escorias y el cobre blíster producidos durante la conversión es reincorporado al proceso. El cobre
blíster obtenido en el convertidor es procesado en hornos anódicos.
Técnica para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido.
Descripción
Las técnicas a considerar son las siguientes:
Uso de enriquecimiento de oxígeno y operación bajo presión negativa.
Sistemas de captura y adición de fundentes.
Uso de tapas selladas para convertidores Hoboken.
Sistemas de succión potenciados para asegurar la extracción eficiente.
Precipitador electrostático seguido por una planta de ácidos.
Filtro de mangas con inyección de cal, o empleo de un precipitador electrostático para el tratamiento de gases de salida.
Descripción técnica
Los hornos convertidores generan emisiones al aire de polvos, metales y SO2. La transferencia por cintas es una
potencial fuente de emisiones difusas que pueden contener polvos o dióxido de azufre, por lo cual las técnicas
empleadas dependen del convertidor.
Operación bajo presión negativa, campanas de extracción y puertas selladas: los convertidores son operados
bajo presión negativa y las emisiones allí generadas capturadas mediante un sistema de captura de gases. Los
materiales pueden ser agregados al sistema de captura
Sistemas de control para garantizar la recolección y extracción eficiente de gases: ductos y extractores son
usados para transmitir los gases capturados al sistema de reducción o tratamiento, la efectividad de estos procesos
depende de la eficiencia de los sistemas de extracción, la integridad de los ductos y el uso de un sistema de flujo y
presión adecuados.
Precipitador electrostático seguido por una planta de ácido: los gases capturados contienen elevadas cantidades
de SO2, estos son capturados y pasan a un proceso de enfriado, remoción de material particulado y finalmente
aprovechados en una planta de ácidos.
Filtro de manga con inserción de cal o sistemas de depuración: gases secundarios capturados durante la etapa de
carga y descarga son tratados en un sistema de limpieza de gas, ver sección 4.1.2.1.4
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Enriquecimiento con oxígeno
permite la recuperación del
calor para calentar el material
de alimentación.
Reducción de emisiones de
polvo y dióxido de azufre.
Recuperación de azufres.
Recuperación de polvos.
Aumento en el consumo energético
Generación de vertimientos y residuos sólidos.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Técnicas aplicables de manera general a plantas nuevas tanto como existentes.
En el caso donde un depurador húmedo sea instalado se debe tener en cuenta
para su aplicación las tasas de flujo del gas adecuadas y el consumo de agua
por lo cual difícil implementación en zonas áridas.
105
4.2.3.2.4 Recolección centralizada y sistemas de tratamiento de emisiones de hornos y dispositivos auxiliares
en la producción primaria de cobre.
Recolección centralizada y sistemas de tratamiento de emisiones de hornos y dispositivos auxiliares en la
producción primaria de cobre.
Descripción
Los gases secundarios de varias fuentes son capturados y enviados a un punto central donde son limpiados y tratados
en un sistema de secado húmedo o seco seguido por un filtro de manga.
Descripción técnica
En algunos hornos principalmente Peirce Smith la captura de los gases es dada en un sistema central, y los gases
secundarios de varias etapas del proceso son capturados mediante extractores y sistemas de ventilación y finalmente
llevados a un sistema común para su tratamiento, ver sección 4.1.2.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones difusas y SO2.
Mejor eficiencia de tratamiento ya que se
asegura flujo continuo y concentraciones de
contaminantes más estables.
Mezcla de gases húmedos con gases
calientes de diferentes fuentes permiten
un tratamiento más completo, por
ejemplo, elementos como Pb y As sean
reducidos de la fase gaseosa a la fase
sólida.
Aumento en el consumo energético y costos de
operación.
Seguimiento y mantenimientos preventivos requeridos.
Consumo de agua y cal.
Generación de yeso.
Generación de vertimientos que requieren tratamiento.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Técnicas aplicables de manera general a plantas nuevas tanto
como existentes.
El espacio y distribución de las plantas existentes debe ser tenida
en cuenta.
4.2.4 Cobre secundario. 4.2.4.1 Mejores técnicas primarias.
4.2.4.1.1 Técnicas para reducir emisiones difusas del transporte de material fino.
Ver sección 4.2.3.1
4.2.4.1.2 Técnicas para reducir emisiones difusas de la recepción, almacenamiento y manejo de materiales
para la producción primaria y secundaria de aluminio.
Ver sección 4.2.3.1.1.
4.2.4.1.3 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del pretratamiento de materiales secundarios como
doblado, secado, homogenización, cubierta y peletizado.
Técnicas para prevenir y reducir emisiones del pretratamiento de materiales secundarios como doblado,
secado, homogenización, cubierta y peletizado.
Descripción
La amplia variedad de materiales empleados hace que haya una elevada posibilidad de presencia de otros metales y
contaminantes, las principales técnicas empleadas son doblado, secado, briqueteado, peletizado, aglomeración,
reducción del tamaño y separación.
106
El doblado es realizado para mezclar los materiales y producir un material de alimentación estable y homogéneo, el
secado es empleado especialmente cuando en el proceso se requiera un material de alimentado seco o con niveles de
humedad bajos y dependiendo del proceso, los materiales pueden ser peletizados o comprimidos en briquetas
empleando agentes de recubrimiento o fijación disminuyendo las emisiones difusas, finalmente en el triturado y
reducción del tamaño de materiales son empleados para reducir el volumen y hacer más viable el empleo del material
para su venta o posterior proceso.
Las técnicas a considerar son:
Contenedores cerrados y sistemas de transferencia neumática.
Construcciones cerradas para realizar actividades con materiales con riesgo de emisiones difusas.
Supresión de polvos con sistemas de roció del material con agua.
Sistemas de extracción de gases y polvos conectados a equipos de filtración como filtros de manga, ver
sección 4.1.2.1.4.
Captura y tratamiento de efluentes líquidos previo a la descarga.
Técnica de separación de chatarras para aumentar la eficiencia de recuperación de metales.
Descripción técnica
Las técnicas usadas para el pretratamiento dependen del tamaño, naturaleza y grado de contaminación del material.
Cuando los materiales frágiles con altas emisiones de polvos son doblados, el proceso debe realizarse en
construcciones o contenedores neumáticos junto con sistemas de transferencia. Sistemas de extracción y captura de
polvos pueden ser empleados. El material capturado puede ser reincorporado al proceso
El briqueteado, peletizado y compactación deben realizarse en áreas encapsuladas y cubiertas generalmente en
contenedores con sistemas de extracción que permiten un tratamiento posterior en filtro de mangas. Usualmente
sistemas de reducción de ruidos pueden ser requeridos.
Las técnicas de separación son usadas para materiales en un proceso dedicado. Generalmente manuales y mecánicos
para la remoción de baterías, materiales con mercurio, cables y componentes electrónicos los cuales son tratados en
molinos para separar el material metálico de las placas.
Clasificación magnética es también usada para la separación de piezas de hierro, sistemas de separación como Eddy
o Foucault para separar cobre de otros materiales.
Beneficios ambientales
logrados Efectos cruzados
Prevención y reducción
de emisiones de polvos,
metales y otros
compuestos.
Preservación de
materiales de
alimentación.
Reducción de las
emisiones al agua.
Sistemas de supresión de polvo
Aumento en el consumo de energía
Aumento en el consumo de agua
Tratamiento requerido para aguas de vertido.
Sistemas de extracción de polvo y gases conectados a equipos de filtración.
Aumento en el consumo energético
Residuos pueden ser generados si el polvo capturado no es reusado
Posquemador con un sistema de enfriado y filtración de sistemas de polvo
Aumento en el consumo de energía y emisiones de NOx
Captura y tratamiento de efluentes líquidos previo al vertido.
Aumento en el uso energético y el uso de aditivos para el tratamiento de
aguas.
107
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Una construcción sellada, contenedor cerrado, transferencia neumática y sistemas de extracción conectados al equipo de filtración para la formación de polvos.
Sistemas de supresión de polvos son aplicables solo cuando el fundidor y posteriores sistemas de tratamiento procesan materiales húmedos.
Filtros de manga pueden ser implementados si la temperatura de los gases es mayor al punto de condensación.
4.2.4.1.4 Técnicas para remover el aceite del material de alimentación previo al proceso de fundido. Técnicas para remover el aceite del material de alimentación previo al proceso de fundido.
Descripción
En plantas donde se aplican operaciones mecánicas, es requerido la remoción de aceites o lavado previo al proceso
de fundido, las cuales depende del grado de contaminación del material.
Las técnicas a considerar son:
Centrifugación con remoción de aceites
Tratamiento pirolítico usando un secador rotatorio
Lavado con detergentes seguido por una centrifugación y secado a una temperatura entre 130°C a 140°C. Descripción técnica
Centrifugación con recuperación de aceite: Residuos altamente contaminados pueden ser centrifugados para
remover la mayoría de aceite, este aceite separado debe ser retirado del agua para ser reusada.
Tratamiento pirolítico usando un centrifugador rotatorio: Calentamiento indirecto de los residuos es usado a una
temperatura controlada de 500°C, y los gases de pirolisis del secador son quemados a 850°C en un posquemador para
lograr una combustión completa seguida por un enfriamiento rápido evitando de novo synthesis y por lo tanto la
generación de dioxinas y furanos.
Lavado con detergentes seguido por un proceso de centrifugación y secado: Para remover el aceite, los residuos
pueden ser lavados con agua y detergente, posteriormente los residuos son secados, primero con el proceso de
centrifugado y posteriormente en un secador de 130°C a 140°C.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Remoción de aceite y compuestos
orgánicos del material previo a la etapa
de fundido.
Reducción de las emisiones del
proceso de fundido.
Aumento del consumo energético.
Aumento en las emisiones de CO2 y NOx
Aumento de vertimientos.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicables, a no ser que los hornos y sistemas de
tratamiento sean específicamente diseñados para remover compuestos
orgánicos.
4.2.4.1.5 Técnicas para reducir las emisiones del secado del concentrado y material de alimentación.
Ver sección 4.2.3.1
4.2.4.1.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de la carga de hornos y convertidores en la
producción primaria y secundaria de cobre.
Ver sección 4.2.3.1.1.
108
4.2.4.2 Mejores técnicas secundarias.
4.2.4.2.1 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido y refinación térmica en un horno. Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido y refinación térmica en un horno.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Uso de tapas en las entradas de hornos anódicos rotatorios, campanas y sistemas de ventilación para capturar
los gases durante la carga y aprovechamiento.
Uso de un filtro de mangas junto con la inyección de cal o un depurador y precipitadores electrostáticos
húmedos.
Uso de un posquemador, reductores, e inyección de cal y carbón activado previo al filtro de mangas.
Recuperación del calor residual para el calentamiento del material de alimentación en un horno de eje, aire de
combustión o para operaciones de secado.
Descripción técnica
Los gases de escape son quemados durante la etapa de reducción, enfriados y limpiados en filtros de manga para la
remoción de polvos, en los casos donde las emisiones de SO2 son relevantes un depurador con inyección de cal es
usado, y remoción de polvos usando depuradores y precipitadores húmedos son empleados.
Los posquemadores destruyen compuestos orgánicos, incluyendo Dioxinas y Furanos mediante oxidación térmica y
cuando es necesario una inyección de cal o carbono activado es aplicada para la reducción de emisiones.
Finalmente, sistemas de ventilación y campanas de extracción son empleados para la captura de las emisiones durante
las etapas de carga y aprovechamiento y los gases provenientes del horno de refinado son usados para el calentamiento
o fundido de material solido en un horno de eje anódico, así como para el proceso de secado o como precalentamiento
del aire de combustión.
Beneficios ambientales
logrados Efectos cruzados
Reducción de las
emisiones al aire.
Polvos recolectados
son reincorporados al
proceso de fundido.
Reducción de la
energía usada.
Incremento en la energía usada.
El agua generada del depurador requiere un tratamiento adicional previo a la
descarga y hay presencia de sólidos para su disposición.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Las técnicas son aplicables existentes y nuevas plantas. Para las plantas existentes, las
consideraciones deben darse conforme a características y equipos instalados.
La aplicación de un depurador húmedo puede verse limitado en los siguientes casos.
Tasas de generación de gases muy elevados, debido a los efectos cruzados
en generación de residuos sólidos y vertimientos.
En áreas áridas debido al elevado requerimiento de agua y aplicación de
tratamientos para el agua contaminada.
4.2.4.2.2 Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido/colado de ánodos. Técnicas para prevenir y reducir emisiones del fundido/colado de ánodos.
Descripción
Las técnicas a considerar son
109
Distribuidor sellado
Cinta transportadora sellada.
Campanas sobre la transportadora y rueda de distribución
Extracción de techo con un tratamiento en filtro de manga.
Depurador o sistemas anti condensación para la remoción de gases de ventilación de la rueda de fundido. Descripción técnica
Un distribuidor cubierto, transportadoras cerradas, y coberturas de las distintas etapas son usadas para la prevención
de emisiones difusas; los vapores capturados del área de fundido son combinados con los gases y posteriormente
tratados en un filtro de mangas, ver sección 4.1.2.1.4.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones difusas al aire.
Polvos y solidos capturados son reciclados.
Aumento del consumo energético
Vertimientos generados requieren tratamiento para
remoción de metales.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a plantas nuevas y existentes con disponibilidad de
espacio para los equipos de colado.
4.2.4.2.3 Electrolisis optimizada Electrolisis optimizada
Descripción
La electrolisis optimizada involucra una combinación de técnicas para reducir emisiones y consumo de energía.
Las técnicas a considerar son:
Diseño de celdas optimizado, uso de cátodos inoxidables o hojas de cobre.
Alto grado de automatización
Coberturas, campanas y sistemas de extracción
Adición de surfactante.
Tanques y tuberías de transferencia de soluciones cerradas.
Depuradores
Reducción de emisiones al agua mediante la recirculación de soluciones para el reusó y recuperación de metales.
Uso de subproductos para la recuperación de metales preciosos.
Prevención de la contaminación subterránea al suelo y aguas mediante el uso de un suelo impermeable y acido resistente.
Descripción técnica
Diseño de celdas optimizado, uso de cátodos inoxidables u hojas de cobre: Procesos de electro refinado que
cuentan con un diseño optimizado de celda, espaciado adecuado, geometría, densidad, composición, temperatura y
tasa de flujo adecuado logran bajos consumos energéticos y mantienen alta productividad.
Alto grado de automatización: Los procesos de cultivo y desnudado automatizado previenen las emisiones y reducen
el consumo energético, y finalmente controles de calidad son aplicados para asegurar que los ánodos estén rectos,
planos y con peso exacto.
Coberturas, campanas y sistemas de extracción: Las celdas de electrorefinado pueden ser cubiertas para controlar
la temperatura y prevenir la evaporización de agua de la solución electrolítica y campanas de extracción son instaladas
en el refinado en casos de elevados grados de contaminación, las celdas de electrodeposición son cubiertas con
campanas y coberturas con unidades de succión integradas encargadas de extracción del vapor ácido y con una
110
inspección regular y mantenimiento preventivo de celdas, tanques, tuberías, bombas y sistemas de limpieza son
aplicados para asegurar tensión y prevenir derrames.
Adición de surfactante: Como alternativa para la cobertura de las celdas surfactantes son adicionados para minimizar
las emisiones difusas y vapores ácidos.
Tanques y tuberías de transferencia de soluciones cerradas: Tanques de almacenamiento son sellados y están
equipados con un sistema de extracción de gases y sistemas de transferencia de soluciones electrolíticas en tuberías
selladas.
Reducción de emisiones al agua mediante la recirculación de soluciones para el reusó y recuperación de
metales: El vertimiento es tratado para la remoción de metales y reincorporación a la electrodeposición y/o procesos
de decantación; los vertimientos que no son reincorporados al ciclo deben ser tratados física y químicamente.
Uso de subproductos para la recuperación de metales preciosos: Lodos anódicos son usados para la recuperación
de metales preciosos y la solución electrolítica es purificada para extraer metales como Níquel y Arsénico.
Prevención de la contaminación subterránea al suelo y aguas mediante el uso de un suelo impermeable y acido
resistente: Los sistemas de drenaje están sellados y todas las soluciones con capturadas y reincorporadas al proceso
mediante tanques y recipientes que deben estar en doble pared, con suelo impermeable y acido resistente.
Debe aplicarse una inspección regular y mantenimientos preventivos de celdas, tanques tuberías, bombas y sistemas
de limpieza para asegurar el óptimo funcionamiento.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención y reducción de
emisiones difusas al aire y
contaminación subterránea por
ácidos.
Eficiente uso de la energía.
Recuperación de metales.
Generación de vertimientos ácidos.
Aumento en el consumo energético
Uso de aditivos (Surfactantes)
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
La temperatura de las celdas debe ser controlada, con una temperatura
promedio de 65°C.
4.2.4.2.4 Remoción de dióxidos de gases con una concentración baja de SO2. Remoción de dióxidos de gases con una concentración baja de SO2.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Inyección de Cal seguido por un filtro de manga.
Procesos de absorción y desorción con base a polieter.
Desulfuración de gas de escape en un depurador semi húmedo, usando componentes de calcio para producir
sulfatos de calcio y yeso.
Depurado con peróxido de hidrogeno y oxidación con peróxido de hidrogeno para producir ácido sulfúrico.
Depurado con compuestos de sodio.
Depurador con Mg(OH)2 y cristalización de sulfato de magnesio.
Retorno de los gases al proceso.
Descripción técnica
Las siguientes técnicas son aplicadas para la remoción de dióxido de azufre de los gases con un bajo contenido de
SO2 en la producción primaria y secundaria de cobre.
111
Inyección de Cal seguido por un filtro de manga: cal es inyectada al flujo de gas causando la formación de
compuestos de calcio; la cual en conjunto con agua aumenta la reactividad de la cal, por lo tanto, la eficiencia de
remoción. Los compuestos de sulfuro de calcio y los polvos de proceso son removidos de la corriente de gas mediante
un filtro de tela, el cual debe tener suficiente capacidad para la carga adicional de polvos. La mezcla resultante de
compuestos de cal-azufre y los polvos de proceso pueden ser reusados en otros procesos metalúrgicos o tratamiento
de aguas. La inyección de Cal puede ser combinado con la inyección simultanea de otros componentes como carbono
activado para la remoción de mercurio y dioxinas y furanos.
Procesos de absorción y desorción con base polieter: este proceso involucra la absorción física del dióxido de
azufre proveniente del lavado y enfriado de la corriente de gas por un solvente liquido en base poli éter capaz de una
regeneración completa. El producto principal posee aproximadamente el 80% de SO2, el cual es dirigido a la planta de
ácido sulfúrico logrando un proceso de purificación sin la formación de subproductos.
Depuradores semi secos o húmedos usando compuestos de calcio: leche de cal es inyectada al reactor junto con
la corriente de gas. El agua es evaporada por la elevada temperatura y los componentes gaseosos reaccionan con las
partículas. Las partículas de la reacción son removidas de la corriente de gas en un filtro de manga.
La reacción química es:
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝑆𝑂2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂3 +𝐻2𝑂
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝑆𝑂2 +𝐻2𝑂 + 12⁄ 𝑂2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 2𝐻2𝑂
En el precipitador húmedo, los gases de escape de SO2 atraviesan una suspensión de agua caliza, seguida por una
oxidación con aire para la producción de yeso.
2𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 2𝑆𝑂2 + 4𝐻2𝑂 + 𝑂2 → 2𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 2𝐻2𝑂 + 2𝐶𝑂2
Depurado con peróxido de hidrogeno: el proceso utiliza peróxido de hidrogeno (H2O2) para oxidar SO2 a ácido
sulfúrico.
𝑆𝑂2(g) + 𝐻2𝑂2(aq) → 𝐻2𝑆𝑂4(aq)
El depurado es logrado por el contacto directo en un flujo en equicorriente seguido por un flujo contracorriente en una
torre de depurado. La concentración del ácido producido puede alcanzar hasta el 50% de H2SO4, el cual puede ser
reciclado en una planta acida como agente diluyente o vendido como subproducto.
Depurado con compuestos de sodio: hidróxido de sodio es usado como agente de absorción en un depurador
húmedo
𝑆𝑂2 + 2NaOH + 𝑂2 → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 + 2𝐻2𝑂
Produciendo una solución de sulfato de sodio.
Na2CO3 es también usado para reaccionar con SO2
𝑆𝑂2 + 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 +12⁄ 𝑂2 → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 + 2𝐶𝑂2
Depurado con Mg(OH)2: Mg(OH)2 es también usado como un aditivo en el depurador húmedo. Después de la
evaporación y cristalización, se genera sulfato de magnesio.
𝑆𝑂2 +𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 +12⁄ 𝑂2 → 𝑀𝑔𝑆𝑂4 + 2𝐻2𝑂
Reincorporación de los gases al proceso: los gases desempolvados con un contenido bajo de SO2 pueden ser
reincorporados al proceso como aire de combustión para ser finalmente desulfurados con la corriente principal de gas.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
112
Reducción de las emisiones de
SO2 al aire
La inyección de cal tiene un
efecto positivo en la reducción de
emisión de dioxinas y furanos. El
polvo y SO2 son logrados con el
mismo filtro de manga. La mezcla
solida resultante es una mezcla
de cal y yeso o cal y sulfato de
calcio, o únicamente yeso, los
cuales pueden ser reusados en
otros procesos metalúrgicos o de
tratamiento de agua.
Aumento en el uso energético
Uso de aditivos
Subproductos del proceso que no pueden ser reciclados o recuperados.
El H2SO4 producido del depurado con peróxido de hidrógeno no es
directamente usable y debe ser dirigido a la planta de ácido sulfúrico. Este
proceso posterior limita la productividad de la planta.
El yeso añadido a los hornos puede resultar en la formación de SO2, el
cual requiere ser nuevamente capturado.
En el empleo de sistemas húmedos, el agua requiere un tratamiento para
prevenir la descarga de metales al agua.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
La captura de SO2 mediante la inyección de cal es aplicable para el
tratamiento de gases de procesos primarios y secundarios que cuenten con
los parámetros adecuados como: temperatura mínima de 60°C, Contenido
variable de SO2 y contenido de humedad, para las plantas existentes, el filtro
de manga puede ser la zona de reacción.
4.2.4.2.5 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones del aire a partir del fundido
Una elevada cantidad de materiales son usados en la producción secundaria de cobre y son
caracterizados por un contenido variable de cobre y contenido de residuos como chatarra electrónica.
Los materiales usados para el proceso deben ser apropiados para el proceso.
El siguiente proceso es aplicado dependiendo de los materiales de alimentación.
Proceso ISASMELT, para el fundido y convertido de cobre blíster de un elevado contenido de
cobre primario y secundario con variados contenidos de polvos, escorias, espumas, residuos
electrónicos que contienen Zinc, entre otros.
Proceso KRS, para el fundido y convertido a cobre blíster de material secundario de cobre como
aleaciones de cobre, chatarras electrónicas, escorias ricas en cobre, polvos y suciedades.
Horno eléctrico, para el fundido de una amplia variedad de cobre y materiales de cobre con
contenido de óxido y sulfuro o metales de origen natural como polvos, escorias, lodos anódicos
con presencia de metales preciosos, chatarra de aleaciones de cobre, mate de baja calidad y
concentrados de cobre.
Mini fundidor y alto horno, para el fundido de cobre con contenido de metales oxidados, usando
como agente reductor chatarras de hierro o cobre.
TBRC, para el fundido de cobre y aleaciones de cobre, escorias y concentrados complejos.
Continmelt, el cual es un proceso continuo con dos etapas, para el fundido y tratamiento de cobre
negro y blíster, chatarra de alta calidad y escoria anódica para la producción de ánodos de cobre.
A continuación, se muestran las técnicas para prevenir y reducir las emisiones en el proceso de fundido.
Técnicas para prevenir y reducir las emisiones del aire a partir del fundido
Descripción
Las técnicas a considerar son:
113
Uso de materiales de alimentación acordes al horno y sistema de tratamiento instalado.
Operación bajo presión negativa, hornos encapsulados, sistemas de carga, sistemas apropiados de
coberturas, uso de transportadoras selladas y extractores con extracción eficiente.
Uso de un sistema de succión potenciado.
Tratamiento de los gases de escape
o Ciclones en combinación con filtros de manga
o Planta de absorción para SO2, precipitadores, inyección de cal, adición de absorbentes, sistemas
de remoción de mercurio, posquemadores y sistemas de enfriamiento.
Descripción técnica
Uso de materiales de alimentación acordes al horno y sistema de tratamiento instalado: la prevención de
emisiones es lograda mediante el correcto diseño del horno y el sistema de reducción y tratamiento, así como el empleo
de material de alimentación de acuerdo al diseño criterio, por lo cual un pretratamiento es fundamental ya que también
usado para lograr las especificaciones de proceso requeridas como tipo de material y procesos previos a la fundición
como secado y limpieza de aceites cuando hay presencia de material orgánico.
Operación bajo presión negativa, hornos encapsulados, sistemas de carga, sistemas apropiados de coberturas,
uso de transportadoras selladas y extractores con extracción eficiente: sistemas de carga sellados como
campanas, sellados de puerta, contenedores y alimentadores sellados pueden ser aplicados logrando así una operación
bajo presión negativa y con una tasa de extracción apropiada previniendo la presurización del horno.
Uso de un sistema de succión potenciado: ajuste de la tasa de extracción a los requerimientos actuales es posible
mediante la instalación de ventiladores y extractores con velocidad variable mediante controles ajustados a las distintas
etapas, ejemplo: aumento de la potencia de extracción cuando el horno este en proceso de carga. La instalación de
estos controles permite que el punto de extracción sea cambiado automáticamente durante las distintas etapas del
proceso.
Tratamiento de los gases de escape: el contenido de los gases secundarios depende de la composición de los
materiales de alimentación y el combustible empleado, para la reducción de emisiones y destrucción de TVOC y
PCDD/F se emplean temperaturas superiores a 950°C, y prevención de su reformación mediante enfriamiento rápido y
para la captura de metales y polvos se emplean filtros de manga y los materiales capturados son reciclados o
recuperados.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvos y metales al aire.
Reducción de emisiones de SO2 y recuperación de azufre.
Reducción de emisiones de PCDD/F y VOC.
Recuperación de materiales de
alimentación.
Aumento en el consumo energético.
Uso de aditivos como cal, carbono y otros para remoción de SO2, dioxinas y mercurio.
Residuos sólidos si el polvo capturado no es reaprovechado en el proceso.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Las técnicas son aplicables a nuevas y existentes plantas,
teniendo en cuenta el material de alimentación.
4.2.4.2.5.1 Reducción de emisiones de PCDD/F usando sistemas de medida y control en la producción
secundaria de cobre.
Reducción de emisiones de PCDD/F usando sistemas de medida y control en la producción secundaria de
cobre.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
114
Selección del material de alimentación de acuerdo al tipo de horno y los sistemas de reducción y tratamiento presentes.
Condiciones de combustión optimas
Sistemas de carga para la adición continua de materiales en hornos sellados/semisellados.
Destrucción térmica de dioxinas en el horno a elevadas temperaturas (>850°C)
Inyección de oxígeno en la parte superior del horno.
Cámaras de postcombustión o posquemadores.
Enfriamiento rápido de gases de salida en el rango de temperatura de 200°C a 400°C.
Inyección de agentes de absorción.
Sistemas eficientes de captura de polvos. Descripción técnica
Los compuestos de carbono orgánico que pueden ser emitidos, incluido PCDD/F, resultantes de la combustión
incompleta de sintéticos o materiales minerales orgánicos como aceites, plásticos, cubiertas de cables, y en algunos
casos halógenos presentes en el material de alimentación y mediante el proceso de novo synthesis si los gases no son
enfriados rápidamente.
Es posible identificar contaminación orgánica o halógena del material, así que el horno más apropiado y la combinación
de técnicas para prevenir las emisiones de PCCD/F.
Un pretratamiento para remover la contaminación orgánica puede ser usado dependiendo del material de alimentación
empleado y el tipo de horno del proceso, la optimización de las condiciones de combustión, incluido el enriquecimiento
de aire o inyección de oxígeno y combustible mejorado lleva a una elevada temperatura de combustión que oxida los
VOCs, y también los PCDD/F que junto con una modificación de los sistemas de carga del horno mantienen las
temperaturas internas del horno elevadas previniendo de Novo synthesis.
La destrucción térmica de dioxinas y furanos puede ser lograda a temperaturas mayores a 850°C y con suficiente
tiempo de residencia seguido por un posterior enfriamiento de los gases para prevenir la reformación de los
contaminantes; en casos donde no sea posible el tratamiento de los gases al interior de los hornos, una cámara de
quemado o posquemador pueden ser instalados, así mismo las dioxinas y furanos pueden ser absorbidas en carbón
activado en una zona de reacción generalmente en el sitio previo a los filtros de manga; la cantidad de absorbentes
inyectados depende de las condiciones proceso, y el origen y composición de los materiales de alimentación.
Para una descripción completa de las técnicas, ver sección 4.1.2 y 4.1.2.3.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención y reducción de emisiones de PCDD/F.
Polvos capturados pueden tener elevadas concentraciones de
PCDD/F que requieren una disposición final adecuada.
Aumento en el consumo de aditivos, absorbentes.
Aumento en el consumo energético.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable a planta nuevas y existentes. La
combinación optima de técnicas depende del tipo de material
empleado y el tipo de horno.
4.2.4.2.5.2 Reducción de emisiones de hornos mediante el uso de un posquemador regenerativo.
Reducción de emisiones de hornos mediante el uso de un posquemador regenerativo.
Descripción
Las técnicas a considerar son un filtro de manga y sistemas de oxidación térmica regenerativa.
115
Descripción técnica
Compuestos orgánicos volátiles (VOCs) y CO residual pueden ser impurezas indeseables en los gases de salida de la
producción secundaria de cobre, una combinación de posquemadores, sistemas de enfriamiento y sistemas de captura
de emisiones pueden ser usadas para remover estas impurezas de los gases.
La instalación de un posquemador suministra elevadas temperaturas (>850°C) y suficiente tiempo de residencia para
descomponer y quemar todos los compuestos orgánicos de la corriente de gas y técnicamente destruir los compuestos
orgánicos, incluido PCCD/PCDF, finalmente estos gases deben ser posteriormente enfriados para evitar la formación
de dioxinas y furanos y si es posible enfriado aprovechando el calor.
Así mismo, también son empleados sistemas de oxidación térmica regenerativos para utilizar la energía térmica del
calor emitido mediante camas de materiales cerámicos los cuales absorben el calor del gas de salida, este calor
capturado es usado para calentamiento de materiales y destrucción de compuestos orgánicos los cuales deben ser
tratados en un filtro de mangas.
Beneficios ambientales
logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de
CO, VOC y PCDD/F
El sistema de oxidación emplea como combustible gas natural.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Es generalmente aplicable a hornos con concentraciones elevadas de PCDD/F y CO.
4.2.4.2.5.3 Reducción de emisiones de NOx mediante sistemas de medida y control en la producción
secundaria de cobre.
Reducción de emisiones de NOx mediante sistemas de medida y control en la producción secundaria de
cobre.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Uso de oxígeno puro la combustión.
Uso de enriquecimiento de oxigeno bajo ciertas condiciones.
Suministro de un gas inerte. Descripción técnica
La formación de NOx durante la combustión es determinada por la temperatura y presión parcial de N2 en la fase
gaseosa. Los procesos pirometalurgicos requieren elevadas temperaturas y medidas para reducir las emisiones de NOx
basados en la reducción de la presión parcial de N2. Esto puede ser logrado mediante el uso de oxígeno puro en lugar
de aire de combustión.
El enriquecimiento de oxigeno del aire de combustión puede tener un efecto adverso y es la generación prematura de
NOx.
El suministro de un gas inerte reduce la producción de óxidos de nitrógeno. El gas inerte es inyectado en la cámara de
combustión inhibiendo la rápida oxidación de las moléculas de combustible. Adicionalmente, el tiempo de retención de
los reactantes debe ser el más corto posible.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención de las emisiones de NOx Temperaturas elevadas disminuyen la durabilidad del
revestimiento refractario.
116
Reducción del gas emitido debido a bajos
volúmenes de gas de combustión.
Reducción del consumo energético.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable a la mayoría de procesos pirometalurgicos dependiendo
de la geometría del horno, tipo de operación y tipo de combustible.
4.2.4.2.6 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de conservación en la producción
secundaria de cobre.
Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de conservación en la producción secundaria de
cobre.
Descripción
Los hornos de conservación en la producción secundaria de cobre son usados para mantener continuo el proceso de
material fundido y para lograr la separación de metales y escorias.
Los hornos de conservación están ubicados después de hornos de fundido o convertidores; su función principal es el
almacenamiento del metal fundido que está a la espera de colado o refinado en otros dispositivos. Esto garantiza una
producción fluida.
Generalmente los hornos de conservación son horizontales de tambor rotatorio con combustibles varios, así como
quemadores para mantener la temperatura adecuada.
Las técnicas a considerar son:
Hornos sellados
Campanas de extracción en los puntos de carga y aprovechamiento
Cintas de transportes selladas.
Recolección terciaria de gases
Temperaturas de conservación bajas.
Sistemas de extracción
Presiones negativas en el horno.
Enfriamiento del gas y filtros de manga. Descripción técnica
Ver sección 4.1.1.3.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Prevención y reducción de emisiones de polvo.
Aumento en el consumo energético.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable, realizando el estudio adecuado debido al
espacio requerido.
4.2.4.2.7 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los hornos de convertido
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Hornos encapsulados
Operaciones bajo presión negativa y sistemas potenciados de succión.
Encerramientos y sellamientos
Extractores primarios y secundarios
Recolección terciaria de gases
Sistemas de enfriamiento con un filtro de manga o precipitador electrostático.
117
Sistemas de remoción de SO2 Descripción técnica
Prevención de emisiones difusas y captura de gases: las operaciones de los convertidores se basan en la presión
negativa. El uso de sistemas de recolección primarias y terciarias permite la captura de gases y la adición de polvos,
sales y chatarras a través de los sistemas de cerramiento y sellado.
Los convertidores pueden estar equipados con extractores para la captura de emisiones difusas en el proceso de carga
y aprovechamiento, la succión es realizada directamente en la fuente de los gases para reducir las emisiones. Sistemas
automatizados pueden ser empleados.
Tratamiento de los gases emitidos: los gases de emitidos de los convertidores son tratados por el enfriamiento de
gases, separación de partículas, remoción de polvo en precipitador electrostático o por un filtro de manga y para
remoción de SO2.
Las técnicas aplicadas para la remoción de SO2 están enlazadas con materiales de alimentación y son plantas de
ácidos, depuradores húmedos y otras técnicas aplicables. Ver sección 4.1.2.2 y 4.1.2.2.2.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones de polvo, metales y
SO2
Reducción de emisiones difusas.
Polvo puede ser reincorporado al proceso o
reciclado externamente.
Reutilización de los residuos.
Aumento en el consumo energético
Generación de vertimientos en los depuradores húmedos.
Uso de aditivos para la remoción de SO2
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicables de manera general condicionados al espacio disponible
para la instalación de cada una de las técnicas.
4.2.4.2.8 Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los dispositivos auxiliares. Técnicas para prevenir y reducir emisiones de los dispositivos auxiliares.
Descripción
Las técnicas a considerar son:
Sistemas de extracción secundarios para las etapas de transferencia, carga, fundido y colado.
Coberturas de horno terciarias
Sistemas de extracción con operación automática y posterior tratamiento en filtros de manga o depuradores. Descripción técnica
Ver sección 4.1.1.3.
El sistema automatizado permite la captura eficiente de gases y el consumo óptimo de energía.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de emisiones difusas y SO2
Reincorporación de productos al proceso.
Uso de cal u otros aditivos para la remoción de SO2.
Tratamiento de lodos es requerido previo a la descarga final.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Generalmente aplicable, sujeto a disponibilidad de espacio
debido a los grandes volúmenes del sistema terciario.
118
4.2.4.2.9 Técnicas para prevenir y reducir las emisiones de escorias ricas en cobre en el tratamiento
mediante horno eléctrico.
Técnicas para prevenir y reducir las emisiones de escorias ricas en cobre en el tratamiento mediante horno
eléctrico.
Descripción
Horno de escoria es usado para la recuperación de cobre a partir de escorias ricas en cobre y para producir una escoria
final. Varios procesos son aplicados
Sales generadas del horno flash y convertidor son tratada en un horno de arco eléctrico. La limpieza es
realizada mediante reducción de carbono, donde una capa de mate o aleación es fijada y separada de la
escoria limpia. Los hornos eléctricos pueden ser operados de manera continua o por lotes. La escoria final es
granulada o moldeada en recipientes de escoria, enfriada lentamente con aire y posteriormente fracturados
en rocas.
Escorias a partir del fundido en hornos eléctricos pueden ser tratadas junto con polvo que contiene zinc para
la recuperación en una planta de gases. Las plantas de gases consisten en un horno de gases y un sellador
eléctricamente calentado donde la mata de cobre y aleaciones son separadas y aprovechadas. La escoria
final es granulada. El agua de enfriamiento usada es recuperada y usada para calefacción.
Escorias a partir de convertidores secundarios es tratada en hornos rotatorios por reducción con chatarra de
hierro. La escoria final es granulada.
Las escorias del proceso de conversión pueden ser regresadas a hornos de fundido principalmente de eje. Otras
escorias ricas en cobre como escorias de refinado son recirculadas a una etapa del proceso previa como conversión o
en fundidores secundarios a la etapa de fundición.
La escoria final obtenida tiene bajo contenido del metal y puede ser producida en diferentes tamaños de grano desde
grueso a muy fino, haciéndolo muy apropiado para un amplio espectro de aplicaciones industriales, por ejemplo, como
capa base en la construcción de vías, agregado para la construcción de terraplenes, relleno en minas, aplicaciones con
concreto y otras aplicaciones de relleno, producción de ladrillos o adición a cementos, y como un agente granallado
abrasivo.
Las técnicas a considerar para la prevención y reducción de emisiones del tratamiento de escorias en horno son:
Diseño del horno y sistemas de reducción/ Presión negativa en el horno.
Uso de carcazas, sellamientos/coberturas en cintas transportadoras y campanas de ventilación.
Posquemadores.
Depurador húmedo o semi seco.
Sistemas de filtración de polvos como filtros de manga y precipitadores electrostáticos.
Técnicas de supresión de polvo, como riego con agua.
Recirculación y reusó de agua en el proceso.
Descripción técnica
Diseño del horno y sistemas de reducción/ Presión negativa en el horno: la prevención de las emisiones es lograda
con el correcto diseño del horno y sistema de reducción. Mantener la presión negativa al interior del horno junto con
elevadas tasas de extracción de gases previenen las emisiones difusas.
Uso de carcazas, sellamientos/coberturas en cintas transportadoras y campanas de extracción: cintas
transportadoras selladas son usadas para la alimentar el horno eléctrico con escorias ricas en cobre. Las cintas
transportadoras transfieren escoria limpia y aleaciones al crisol. Las campanas de extracción se encuentran en la parte
superior de cada etapa del proceso, y los sistemas de ventilación se instalan para la recolección de emisiones difusas.
Campanas y sellamientos se mantienen bajo presión negativa para prevenir escapes y asegurar la eficiencia y optima
recolección.
119
Depuradores, filtros de manga y precipitadores electrostáticos: el gas del proceso pasa a través de un
posquemador, enfriado y limpiado en un filtro de manga con inyección de cal o en un depurador. Los gases son enfriados
en un sistema de recuperación, y el polvo es atrapado en precipitadores electrostáticos. Los polvos recuperados pueden
ser tratados interna o externamente para la recuperación de metales.
Técnicas de supresión, recirculación y reusó de agua en el proceso: respecto al enfriamiento, manejo y
almacenamiento final de la escoria, un proceso de granulación es realizado mediante su adición al agua, usando
sistemas de agua a alta presión u otros sistemas de reducción para formar partículas de tamaños más pequeños, el
agua utilizada es reusada en el proceso en un circuito cerrado empleando un proceso de limpieza para remover
partículas del proceso de circulación y el material granulado resultante es almacenado y manipulado en zonas abiertas.
El enfriamiento lento de las sales se realizado en recipientes abiertos y su almacenamiento en bultos, el triturador
puede estar equipado con un extractor y el gas de escape puede ser limpiado mediante filtros de manga para el control
de emisiones difusas junto con sistemas de roció de agua en las diferentes etapas.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Reducción de las emisiones de polvo
y SO2.
Polvo a partir del proceso de limpieza
y recuperación es reutilizado
internamente o enviado para la
recuperación de metales.
Recuperación y ahorro de cobre.
Las escorias finales pueden ser
usadas para diferentes aplicaciones
industriales.
Aumento en el consumo energético requerida para la ventilación
y operación del equipo de limpieza.
Sistemas de limpieza húmedos pueden generar residuos y
vertimientos que requieren tratamiento previo a su disposición
final y vertimiento.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Las técnicas son aplicables existentes y nuevas plantas. Para las plantas
existentes, las consideraciones deben darse conforme a características
y equipos instalados.
La aplicación de un depurador húmedo puede verse limitado en los
siguientes casos.
Tasas de generación de gases muy elevados, debido a los efectos
cruzados en generación de residuos sólidos y vertimientos.
En áreas áridas debido al elevado requerimiento de agua y
aplicación de tratamientos para el agua contaminada.
4.2.4.2.10 Técnica para prevenir y reducir las emisiones del procesamiento de escoria rica en cobre en el
enfriado rápido, triturado, molido y flotación.
Técnica para prevenir y reducir las emisiones del procesamiento de escoria rica en cobre en el enfriado
rápido, triturado, molido y flotación.
Descripción
Las escorias ricas en cobre a partir del proceso de convertido pueden ser tratadas para su recuperación de cobre en
un concentrador de escorias, esta limpieza de escorias se basa en el enfriado rápido de la escoria de fundido, triturado
y triturado húmedo de la escoria fría para la recuperación del cobre por flotación para producir un concentrado de
escoria y donde halla suficiente espacio un concentrador de escoria es usado; para lograr una buena recuperación del
metal, el material para flotación de escoria debe ser molido a un tamaño de grano fino y esta escoria final puede ser
usada para diferentes aplicaciones industriales, a pesar de que sus aplicaciones son limitadas debido al pequeño
tamaño de partícula y parte de esa escoria debe ser tratada.
Las técnicas a considerar son las siguientes:
120
Rociadores de agua aplicados para la supresión de polvos durante el manejo, almacenamiento y triturado.
Sistemas de drenado aplicados para recuperación de todas las operaciones de roció de agua, evitando
contaminación del suelo y aguas subterráneas.
Recolección y reusó de agua proveniente de procesos de enfriado y flotación, así como del transporte final
de la escoria.
Diseño de recipiente especial para el almacenamiento de escorias para proteger el suelo y prevenir la
contaminación de agua subterránea, y retención de una capa de agua para prevenir las emisiones difusas de
polvo. Las escorias finales son transportadas para el almacenamiento usando transporte hídrico en tuberías
cerradas.
Descripción técnica
En los procesos de concentración de escorias, la escoria es enfriada usando aire y rocíos de agua que esta almacenada
en recipientes o pozos. Sistemas de drenado son instalados en las áreas de enfriamiento y el agua es recirculada.
Sistemas de aspersión son instalados en las áreas de manejo y almacenamiento para suprimir las emisiones de polvo.
Una única etapa de molido es realizada. Los sistemas de aspersión también pueden ser instalados en la entrada de los
puntos de triturado y transferencia. El proceso de molido es un proceso de dos etapas: en la primera etapa un molino
automático es empleado y en la segunda etapa un molino de bolas. El proceso de clasificación cerrado se puede realizar
por medio de sistemas de rejilla, espiral o ciclón.
El triturado secundario es seguido por un proceso de flotación, el cual generalmente incluye una separación más severa,
y dos etapas de limpieza. La flotación es un proceso químico y físico realizado en pH natural con un colector de xanthate
y vaporizador. Los procesos de triturado y flotación son realizados con agua con el fin de prevenir emisiones al aire.
Concentrado de cobre es deshidratado convencionalmente con un aglutinante y filtro de aspiración. La torta filtrante es
secada y mezclada con el material de alimentación y enviada al proceso de fundido. El agua allí producida es recirculada
por bombas y reusada en el proceso.
Las escorias finales son transportadas a un pozo en tuberías cerradas. Los sólidos se establecen al pozo; el agua es
decantada y reincorporada al proceso de flotación. La pared de represa y el fondo del pozo es protegido con polietileno
de alta densidad (HDPE) cubierto para la prevención de infiltración al suelo y aguas subterráneas. Con el objetivo de
prevenir el secado de los sólidos y emisiones de polvo, una capa de agua se mantiene en la superficie del pozo.
Supresores de polvo como lechada de cal pueden ser usadas en áreas secas.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Minimización de emisiones al aire por la limpieza de escorias
en un proceso húmedo.
Reutilización de agua
Recuperación de cobre y ahorro de material de alimentación.
Protección del suelo y del agua subterránea.
Escorias finales pueden ser usadas para diferentes
aplicaciones industriales como: construcción de vías y otras
aplicaciones de relleno, como adiciones al mineral de
producción para cementos o como componentes para la
producción de hierro y acero.
Debido al roció del agua se da un aumento en el
consumo.
Consideraciones técnicas relevantes a la
aplicabilidad
Generalmente aplicables.
4.2.4.2.11 Técnica para prevenir y reducir emisiones de la extracción de solventes en la producción
hidrometalurgia a partir de concentrados o materiales secundarios
Técnica para prevenir y reducir emisiones de la extracción de solventes en la producción hidrometalurgia a
partir de concentrados o materiales secundarios
Descripción
121
Las técnicas a considerar son:
Selección de reactivos y uso de equipo cerrado como tanques de mezclado, depósitos y tanques de
almacenamiento cerrados.
Tratamiento de la solución purgada a partir del proceso de extracción del solvente en el tratamiento de agua
residual en la planta previo al descargue.
Uso de centrifugación para el tratamiento de lodos provenientes de la limpieza de depósitos y tanques.
Descripción técnica
Selección de reactivos y uso de equipo cerrado como tanques de mezclado, depósitos y tanques de
almacenamiento cerrados: en la etapa de extracción de solventes, las emisiones al aire que pueden ser producidas
son principalmente emisiones difusas de VOCs a partir del almacenamiento, transferencia y procesamiento de las
corrientes de proceso. El uso de equipos sellados como tanques de mezclado, depósitos y tanques de almacenamiento
en un circuito cerrado minimiza la posible emisión de VOCs. La minimización de emisiones difusas también puede ser
lograda con la selección de un reactivo con bajos niveles de presión de vapor.
Tratamiento de la solución purgada a partir del proceso de extracción del solvente en el tratamiento de agua
residual en la planta previo al descargue: el principal liquido vertido generado en la etapa de extracción es el residuo
de refinado. Este vertimiento se genera a partir del purgado y es requerido en el proceso de hidrometalurgia para
prevenir impurezas acumuladas en la extracción del solvente, decantado y circuitos de electrodeposición.
Este vertimiento es enviado a la planta de tratamiento donde los metales se precipitan como hidróxidos y sulfatos.
Tratamiento del residuo (Borras) para la recuperación del contenido orgánico: un residuo conocido como borra
es generado en la etapa de extracción en el solvente. La borra es una emulsión estable compuesta por solidos
suspendidos, solución acuosa y solución orgánica; se forma en la fase entre tratamiento de soluciones acuosas y
orgánica en los contenedores de solventes de extracción.
Para la remoción de los sólidos de la borra el residuo es enviado a una planta de tratamiento donde la pulpa de borra
es bombeada de los contenedores y pasa a través de un filtro de arcilla para separar la fracción solida de las fases
restantes. El lodo del filtro de arcilla es recirculado al tanque de almacenamiento de lodo, hasta que la solución esté
libre de sólidos. Las fases se separan en el tanque. La solución acuosa es bombeada al contenedor primario con el fin
de recuperar la solución orgánica, la cual es enviada al tanque orgánico de carga.
Uso de centrifugación para el tratamiento de lodos provenientes de la limpieza de depósitos y tanques: el lodo
proveniente de la limpieza de los contenedores es centrifugado para separar los sólidos de la fase liquida, esto permite
la recuperación del solvente y agua, y reduce la cantidad de residuos sólidos. Para evitar emisiones difusas, esta
instalación se encuentra totalmente cubierta.
Beneficios ambientales logrados Efectos cruzados
Minimización de las emisiones difusas.
Recuperación de la solución solvente y agua.
No reportados.
Consideraciones técnicas relevantes a la aplicabilidad
Aplicable de manera general.
Glosario Este glosario tiene como objetivo la fácil comprensión de la información contenida en este documento.
Las definiciones en este glosario no son definiciones legales, su objetivo es permitir al lector entender los
términos claves del documento.
122
El glosario se divide en las siguientes secciones:
A. Prefijos de unidades B. Lista de siglas. C. Unidades y medidas D. Elementos químicos E. Formulas químicas
A. Prefijos de unidades La Tabla 23 contiene los prefijos usados frecuentemente.
Símbolo Prefijo 𝟏𝟎𝐧 Numero decimal
T Tera 1012 1 000 000 000 000
G Giga 109 1 000 000 000
M Mega 106 1 000 000
k Kilo 103 1 000
H Hecto 102 100
da Deca 101 10
--- --- 1 1
d Deci 10−1 0.1
c Centi 10−2 0.01
m Mili 10−3 0.001
µ Micro 10−6 0.000 001
n nano 10−9 0.0 000 001
TABLA 23. TABLA DE PREFIJOS DE UNIDADES.
B. Lista de siglas La Tabla 24 contiene las siglas comúnmente usadas en el documento
. Separador decimal
, Separador de miles
COP Compuestos Orgánicos Persistentes
ESP Precipitador electrostático
H-
ESP
Precipitador electrostático húmedo.
ETQ Equivalente tóxico
123
Nota: a los efectos del Toolkit, no hay ninguna diferencia si las concentraciones o los factores de emisión se
comunican en EQT-I o EQT-N u OMS-EQT (solo para PCDD/PCDF)
HAE Hornos de arco eléctrico
HBC Hexaclorobenceno
MPA Mejores prácticas ambientales
MTD Mejores técnicas disponibles
OMS Organización Mundial de la Salud
PCDD Dibenzo-p-dioxinas policloradas
PCDF Dibenzofuranos policlorados
PVC Polivinilo cloruro
RAEE Residuos de aparatos eléctricos y electrónicos
RFLT Residuos de fracción ligera de trituradora
RP Residuo peligroso
RSU Residuos sólidos urbanos
SCCA Sistemas de control de la contaminación atmosférica
SUI Sistema Único de Información
VCM Monómero de cloruro de vinilo
HI Horno de inducción
TABLA 24.TABLA DE LISTA DE SIGLAS
C. Unidades y medidas La Tabla 25 contiene las unidades, su nombre, símbolo y conversión equivalente
Símbolo de
unidad Nombre de la unidad
Nombre de medida (Símbolo de
medida) Conversión
bar bar Presión (P) 1.013
bar=100kPa=1atm
°C Grados Celsius Temperatura (T)
Diferencia de temperatura (∆T)
d dia Tiempo
g gramo Peso
h hora Tiempo
J julio Energía
K Kelvin Temperatura (T) 0°C=273.15 K
124
Diferencia de temperatura (∆T)
Kg kilogramo Peso
kJ Kilojulios Energía
kPa Kilopascal Presión
kWh KiloWatt-hora Energía 1kWh=3600kJ
l litro Volumen
lb libra Peso
m metro Longitud
𝑚2 Metro cuadrado Área
𝑚3 Metro cubico Volumen
mg miligramo Peso 1 mg =10−3g
mm Milímetro Longitud 1 mm =10−3𝑚
min Minuto
𝑀𝑊𝑒 Megawatts eléctrico
(energía) Energía eléctrica
𝑀𝑊𝑡ℎ Megawatts
térmicos(energía)
Energía térmica
Calor
𝑁𝑚3 Metros cúbicos normales Volumen A 101.325kPa, 273.15
K
Pa pascal 1pa =1N/m2
ppb Partes por billon Composición de mezclas 1ppb=10−9
ppm Partes por millón Composición de mezclas 1ppm=10−6
ppmv Partes por millón por
volumen Composición de mezclas
rpm Revoluciones por minuto Velocidad de rotación, frecuencia
t Tonelada Peso 1t=1000kg o 1ppb=106
t/d Toneladas por dia Flujo de masa, Consumo de materiales
t/yr Toneladas año Flujo de masa, Consumo de materiales
Vol-% Porcentaje por volumen Composición de mezclas
Wt-% Porcentaje por peso Composición de mezclas
W watt Poder 1W= 1J/s
yr año Tiempo
125
µm micrómetro Longitud 1 µm=10−6𝑚
TABLA 25. LISTA DE UNIDADES Y MEDIDAS
D. Elementos químicos La Tabla 26 contiene los elementos químicos usados en el texto, así como su símbolo.
Símbolo Nombre Símbolo Nombre
Ag Plata I Yodo
Al Aluminio K Potasio
As Arsénico Li Litio
Ba Bario Mg Magnesio
C Carbono Mn Manganeso
Ca Calcio N Nitrógeno
Cd Cadmio Na Sodio
Cl Cloro Ni Níquel
Co Cobalto O Oxigeno
Cu Cobre Pb Plomo
F Flúor Pt Platino
Fe Hierro S Silicio
H Hidrogeno Sb Antimonio
He Helio Se Selenio
Hg Mercurio Zn Zinc
TABLA 26. LISTA DE ELEMENTOS QUÍMICOS.
E. Formulas químicas La Tabla 27 contiene las formulas químicas, así como su nombre y nombre común.
Formula química Nombre/explicación
Al2O3 Oxido de aluminio
CaO Oxido de calcio, Cal
FeO Óxido de hierro
H2O2 Peróxido de hidrogeno
H2S Sulfuro de hidrogeno
H2SO4 Ácido sulfúrico
HCl Ácido clorhídrico
126
HF Fluoruro de hidrogeno
H2NO3 Ácido nítrico
K2O Oxido de potasio
MgO Oxido de magnesio, magnesia
MnO Oxido de manganeso
NaOH Hidróxido de sodio, Soda caustica
NO2 Óxido de nitrógeno
NOX Óxidos de nitrógeno
PbO Oxido de plomo
SiO2 Silica, oxido de silicio
SO2 Dióxido de azufre
SO3 Trióxido de azufre
SOx Óxidos de azufre
ZnO Óxido de zinc
TABLA 27. FORMULAS QUÍMICAS.
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