Cada tonelada de acero producida en un horno de arco eléctrico genera entre 15 y 25 kg de polvo, partículas finas que quedan atrapadas en el filtro de mangas. Para una planta de fundición con una capacidad de 500 000 toneladas anuales, esto equivale a entre 7500 y 12 500 toneladas de polvo al año. Este polvo se clasifica como residuo peligroso en la mayoría de los países porque contiene metales pesados —principalmente zinc, plomo y cadmio— que pueden filtrarse a las aguas subterráneas si se deposita en vertederos.
MONTE INTELLIGENCE lleva más de una década trabajando en sistemas de gestión de polvo de hornos de arco eléctrico (EAF). El problema del polvo representa tanto una obligación medioambiental como una oportunidad económica, ya que el polvo de los EAF suele contener entre un 15 % y un 30 % de zinc, concentraciones superiores a las de muchos yacimientos de mineral de zinc que se explotan actualmente.
La composición del polvo de horno de arco eléctrico (EAF) refleja la mezcla de chatarra. El polvo de las plantas que funden chatarra galvanizada puede contener entre un 25 % y un 35 % de zinc. El polvo de las plantas que funden principalmente chatarra pesada y chatarra doméstica puede contener solo entre un 8 % y un 15 % de zinc. El contenido de zinc determina la viabilidad económica del reciclaje: por encima del 15 % de zinc, el reciclaje de polvo generalmente genera un retorno positivo. Por debajo del 10 % de zinc, el costo del reciclaje puede superar el valor del zinc recuperado, y la estabilización seguida de la disposición en vertedero se convierte en la opción económicamente racional, aunque las tendencias regulatorias están presionando en contra de esta opción.
El contenido de plomo en el polvo de los hornos de arco eléctrico (EAF) merece atención, ya que afecta tanto al proceso de reciclaje como a la comercialización del zinc recuperado. El contenido típico de plomo oscila entre el 1 % y el 5 %. El plomo y el zinc son químicamente similares, por lo que su separación resulta económicamente difícil. El proceso del horno Waelz, la tecnología de reciclaje predominante, produce óxido de zinc con un contenido típico de plomo del 0,5 % al 2 %. Esto es aceptable para la industria de la fundición de zinc, que puede refinar aún más el material. Sin embargo, las especificaciones más estrictas sobre el contenido de plomo en algunos mercados pueden requerir pasos de purificación adicionales que incrementan los costos.
El proceso del horno Waelz es fundamental para el reciclaje de polvo de horno de arco eléctrico (EAF), ya que trata aproximadamente el 80 % del polvo reciclado a nivel mundial. El horno es un horno cilíndrico giratorio, generalmente de 40 a 60 metros de largo y de 3 a 4 metros de diámetro, inclinado entre 2 y 3 grados con respecto a la horizontal. El polvo de EAF se mezcla con un reductor carbonáceo —normalmente coque ligero o carbón— y se introduce en el horno. A medida que la carga se desplaza por el horno mediante rotación y gravedad, las temperaturas alcanzan los 1100-1300 °C.
A estas temperaturas, el óxido de zinc presente en el polvo se reduce mediante carbono a vapor de zinc metálico: ZnO + C → Zn(g) + CO. El vapor de zinc sale del horno con los gases de escape y se reoxida a óxido de zinc mediante aire introducido por encima de la carga: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. El óxido de zinc se recoge en un filtro de mangas situado después del horno. El producto, denominado óxido de Waelz, suele contener entre un 55 % y un 65 % de zinc y se vende a las fundiciones de zinc como materia prima secundaria.
El residuo no volátil del horno de Waelz —la escoria— contiene óxido de hierro, cal, sílice y metales pesados residuales. Históricamente, esta escoria se depositaba en vertederos, pero cada vez se utiliza más como árido en la construcción de carreteras o como materia prima en la fabricación de cemento. Para poder optar a estos usos beneficiosos, la escoria debe superar pruebas de lixiviación (como la prueba TCLP en Estados Unidos o la norma EN 12457 en Europa).
Entre las tecnologías alternativas al horno Waelz se incluyen el horno de solera rotatoria (RHF), el horno de solera múltiple (MHF) y los procesos basados en plasma. El RHF utiliza una solera giratoria plana en lugar de un cilindro inclinado, lo que permite tiempos de residencia más cortos y un control de temperatura más preciso. El MHF utiliza soleras apiladas con brazos oscilantes para mover el material entre los niveles. Los procesos de plasma emplean un arco eléctrico o una antorcha de plasma para alcanzar las altas temperaturas necesarias para la volatilización del zinc, con la ventaja de utilizar electricidad en lugar de combustibles fósiles como fuente de energía.
Cada tecnología tiene sus ventajas y desventajas. El horno Waelz es la opción con menor costo de capital para una alta producción (superior a 50 000 toneladas anuales), pero tiene mayores costos operativos debido al consumo de coque. El horno de flujo radial (RHF) ofrece mayor eficiencia energética y menores emisiones, pero requiere una materia prima más uniforme. Los procesos de plasma tienen la menor huella ambiental, pero el mayor costo de electricidad, lo cual puede ser beneficioso si se dispone de electricidad baja en carbono y se aplica un sistema de fijación de precios al carbono.
En las operaciones comerciales con hornos Waelz, la tasa de recuperación de zinc suele oscilar entre el 90 % y el 95 %. Las tasas inferiores al 90 % generalmente indican un problema en el proceso: condiciones reductoras insuficientes en el horno, un tiempo de residencia demasiado corto o una mezcla deficiente del polvo y el agente reductor. Si bien es posible alcanzar tasas de recuperación superiores al 95 % con una operación optimizada del horno, el costo marginal de esos últimos puntos porcentuales podría no estar justificado por el valor del zinc adicional recuperado.
La escoria rica en hierro procedente del horno es un subproducto que merece mayor atención. Un horno Waelz que procesa 100 000 toneladas de polvo de horno de arco eléctrico al año produce aproximadamente 60 000 toneladas de escoria. Esta escoria contiene entre un 30 % y un 40 % de hierro, que podría recuperarse y reincorporarse al proceso de fabricación de acero. Se están desarrollando diversas tecnologías para la recuperación de hierro a partir de la escoria de Waelz, como la separación magnética y la reducción por fundición, pero ninguna ha alcanzado aún una adopción comercial generalizada.
MONTE INTELLIGENCE suministra sistemas de manejo y acondicionamiento de polvo para hornos de arco eléctrico (EAF), incluyendo transporte neumático, peletización y almacenamiento. También ofrecemos consultoría sobre estrategias de reciclaje de polvo: si invertir en reciclaje in situ, enviarlo a un horno Waelz central o contratar a un procesador externo.
Para obtener una evaluación de sus opciones de gestión de polvo en hornos de arco eléctrico, póngase en contacto con helenxu@cnlymonte.com.
