Optimización de la gestión de residuos sólidos en plantas siderúrgicas: Recuperación sostenible y beneficios económicos

La industria siderúrgica en general produce grandes cantidades de residuos sólidos mientras procesa materiales a través de sus diversos procesos. Estos residuos sólidos tienen muchos productos valiosos, que pueden reutilizarse si se recuperan económicamente. La industria siderúrgica en todo el mundo ya ha adoptado una serie de medidas innovadoras y continúa adoptando más para la utilización del 100 % de estos residuos con el objetivo final de mejorar la eficiencia operativa y la economía de la industria siderúrgica. Estas medidas no solo reducen el costo de eliminación de residuos y la contaminación ambiental, sino que también proporcionan cantidades sustanciales de mineral de hierro y materiales fundentes, así como beneficios en la tasa de combustible al proceso existente, conservando así cantidades equivalentes de materias primas.

La industria siderúrgica es intensiva en capital y energía y sus volúmenes de producción son muy altos. Las cadenas de proceso dentro de la industria son largas. Se aplican muchas tecnologías diferentes y la industria tiene un impacto significativo en el medio ambiente. Una de las principales preocupaciones de la industria siderúrgica mundial es la eliminación de residuos generados en varias etapas del procesamiento. Debido al impulso natural de ser rentable, existe una tendencia creciente a adoptar tecnologías de recuperación de residuos que convierten los residuos en riqueza, tratando así los residuos como subproductos. Esto ha llevado a apuntar al desarrollo de tecnologías de cero residuos. Las tecnologías desarrolladas para convertir económicamente los residuos de las plantas siderúrgicas en riqueza también proporcionan nuevas oportunidades de negocio para emprendedores potenciales.

Principios de la economía circular en la siderurgia

Según la Asociación Mundial del Acero (WSA), la industria siderúrgica mundial aplica los principios de reducción, reutilización y reciclaje (las 3 "R") de muchas maneras, para mejorar la sostenibilidad de la industria. Debido a esto, la industria ha reducido dramáticamente la necesidad de materias primas. En las décadas de 1970 y 1980, las plantas siderúrgicas modernas necesitaban un promedio de 1,44 toneladas de materias primas para producir 1 tonelada de acero. Con inversiones en investigación, mejoras tecnológicas y buena planificación, la industria siderúrgica hoy usa solo 1,15 toneladas de insumos para hacer 1 tonelada de acero, lo que significa una reducción del 21 %.

Actualmente existe mucha superposición en las interpretaciones de las palabras "residuos sólidos" y "subproductos". De hecho, algunos residuos sólidos en la industria siderúrgica son subproductos esenciales generados durante el procesamiento de materiales en los procesos involucrados en la producción de hierro y acero. Por ejemplo, hasta la última década, la escoria, polvo y lodos generados por la industria siderúrgica se llamaban residuos sólidos, pero ahora este término ha sido reemplazado por subproducto para estos materiales de desecho. Debido a la reutilización intensiva de los residuos, algunos de los residuos sólidos ahora se refieren cada vez más como "subproductos".

Según la WSA, los coproductos recuperados (término usado indistintamente con subproductos), pueden reciclarse durante el proceso de fabricación de acero o venderse para uso por otras industrias. El uso de coproductos apoya la sostenibilidad de la industria siderúrgica. Evita residuos en vertederos, reduce emisiones de CO2 y ayuda a preservar los recursos naturales. La venta de coproductos también es económicamente sostenible. Genera ingresos para los productores de acero y forma la base de una industria mundial lucrativa. Algunos productores de acero reportan una tasa de utilización y reciclaje de coproductos tan alta como el 99 %. Los principales coproductos de la producción de hierro y acero en bruto son escorias, polvos, chatarra y lodos.

La eliminación de residuos sólidos generados por los procesos de la industria siderúrgica es la principal preocupación. Por tanto, la filosofía de Reducir, Reutilizar y Reciclar (3 R) y una gestión eficiente de residuos necesita ser adoptada por la industria siderúrgica.

Principales residuos/solidos/coproductos/subproductos por proceso

Coquización

Los principales residuos sólidos generados en la producción de coque metalúrgico son polvo de carbón, polvo de coque, lodo de alquitrán y lodo ácido. El polvo de carbón se recicla de nuevo a través de la mezcla de carbón. El polvo de carbón también puede reciclarse junto con el polvo de coque añadiéndolos en la mezcla de carga de sinter. El lodo de alquitrán se añade a la mezcla de carbón para mejorar su densidad. El lodo ácido necesita ser neutralizado antes de su eliminación.

Sinterización

Los residuos sólidos generados en la sinterización son polvos y lodos. Los polvos se generan en pisos de la máquina de sinter, ciclonos y ESP (precipitador electrostático). El lodo se genera en el clarificador de la planta de tratamiento de agua. Estos polvos y lodos son ricos en hierro (Fe) y contienen buena cantidad de cal (CaO), magnesia (MgO) y carbono (C). Estos materiales son muy buenos para reciclar de nuevo en sinterización. Estos materiales se mezclan con finos de mineral de hierro o se briquetan para reciclaje.

Planta de pelotización

Los principales residuos sólidos generados en la planta de pelotización son polvos y pelotas verdes de tamaño inferior. Ambos se reciclan de nuevo en el material de alimentación de pelotización.

Fabricación de hierro en alto horno

Los residuos sólidos generados durante el proceso de fabricación de hierro en alto horno (AH) son polvos, cribas de carga en la casa de carga, atasco de canal de colada, residuos de casa de colada, escoria de alto horno, polvo de chimenea, polvo o lodo GCP, residuos refractarios y cráneo de cuba de metal caliente (HM).

Los polvos y cribas de carga se reciclan en sinterización. Los atascos de canal de colada se venden como chatarra de hierro para refundición o se reciclan en la acería. Los residuos de casa de colada se desechan como material de relleno sanitario.

La mayor parte de la escoria líquida de AH se granula y se vende a fabricantes de cemento para la fabricación de cemento de escoria de AH. Una pequeña cantidad de escoria de AH se enfría al aire. La escoria de AH enfriada al aire se desecha como vertedero o se usa en reparaciones de carreteras dentro de la planta siderúrgica. En cualquier caso, la contaminación de hierro de la escoria se separa y vende para refundición.

El polvo de chimenea y el polvo seco GCP (en caso de limpieza de gas en seco) se reciclan en sinterización. El lodo húmedo GCP (en caso de limpieza de gas húmedo) del clarificador se seca y se mezcla con los finos de mineral de hierro en el patio de materias primas o se briqueta y recicla en sinterización.

Los residuos refractarios del taller de reparación de cubas se venden y los mismos son usados por el fabricante de refractarios en la fabricación de morteros. El cráneo de cuba HM se rompe ya sea por caída de peso o por lanzamiento y el cráneo roto se vende como chatarra de hierro o se usa en la acería.

Fabricación de hierro por reducción directa

Durante el proceso de fabricación de hierro por reducción directa, los principales residuos sólidos son carbón vegetal (en caso de plantas que usan tecnología basada en carbón), polvos (tanto de carbón como de hierro), DRI (hierro reducido directo) de tamaño inferior y rechazos de DRI. El carbón vegetal se usa en planta de energía cautiva como combustible para la caldera. Los polvos de carbón y hierro se usan en plantas de sinterización. El polvo de carbón también puede usarse en la caldera. El polvo de hierro también puede venderse a fabricantes de cemento. El DRI de tamaño inferior se briqueta y se usa junto con DRI en la acería. Los rechazos de DRI se reciclan de nuevo en el proceso.

Colada de arrabio

Durante la colada de arrabio de metal caliente, se generan materiales de desecho como atasco de placa, atasco de canal y lodo de cal. El atasco de placa y atascos de canal se venden como chatarra de hierro después del procesamiento. El lodo de cal se usa para fines de neutralización.

Fabricación de acero por oxígeno básico (BOF)

Los principales materiales de desecho en la fabricación de acero BOF son escoria de convertidor, chatarra, refractarios de desecho, residuos de convertidor y lodo de planta de limpieza de gases (GCP). Excepto el lodo GCP, todos los demás materiales de desecho se generan usualmente en condición mixta, lo que significa que durante la generación un material de desecho se contamina con otro material de desecho. Por tanto, la clasificación es un paso muy importante para el reciclaje de los materiales de desecho en la fabricación de acero.

El lodo húmedo GCP del clarificador se seca y se mezcla con los finos de mineral de hierro en el patio de materias primas o se briqueta y recicla en sinterización.

La escoria de convertidor después de la remoción de chatarra se recicla en la mezcla de sinter como reemplazo de piedra caliza. La escoria de convertidor también se usa en reparaciones de carreteras, para balasto de vías férreas y como acondicionador de suelo.

La chatarra removida de la escoria de convertidor así como de los residuos se recicla de nuevo en el convertidor para fines de enfriamiento. La chatarra de acero también se genera cuando hay fuga de cuba o fuga de convertidor, aunque este fenómeno es muy raro.

De los residuos de convertidor se remueven chatarra y residuos refractarios y el balance se usa para relleno sanitario.

Los residuos refractarios son usualmente de dos tipos. El primer tipo proviene del revestimiento usado del convertidor y consiste principalmente en refractarios de magnesio-carbono. La mayoría de estos refractarios que no están contaminados se usan en el convertidor para parcheo del fondo. El segundo tipo son residuos refractarios de cuba. Si estos residuos son básicos, se tratan similarmente a los residuos refractarios de convertidor. En caso de que sean de alúmina, el residuo refractario se usa para fabricación de morteros.

Fabricación de acero eléctrico

El principal material de desecho en la fabricación de acero eléctrico es polvo GCP de HAE (horno de arco eléctrico), escoria, chatarra y refractarios de desecho. Los residuos refractarios de magnesia-carbono se usan como acondicionador de escoria en el HAE.

La escoria de Horno de Arco Eléctrico (HAE) debido a su alta cristalinidad y alto contenido de hierro no tiene actualmente un método bien establecido para reciclaje potencial. El índice de basicidad (BI) de la escoria está generalmente entre 1,2-1,8 que cae bajo el grupo Merwinita de baja hidráulica. También el Índice de Molienda, que es una medida de la energía requerida para moler un material particular a un tamaño dado, es alto debido al alto contenido de óxido de hierro. Esto hace que la molienda y procesamiento adicional de la escoria de HAE sea intensiva en energía. La escoria se ha usado como agregado efectivo para construcción de carreteras. Baldosas cerámicas vitrificadas también se han desarrollado a partir de la escoria de HAE.

Colada continua

Los principales materiales de desecho generados en el proceso de colada continua son incrustación de colada continua, residuos refractarios, chatarra, escoria y residuos. Aquí también los materiales de desecho se generan en condición mixta y se necesita clasificación como primer paso para separar diferentes tipos de desechos.

La incrustación de colada continua se recicla en planta de sinter. La chatarra se recicla en la fabricación de acero. Otros materiales de desecho se usan como relleno sanitario.

Laminadores

Los principales materiales de desecho sólido generados en laminadores son incrustación de laminación, residuos refractarios de horno de recalentamiento y chatarra.

La incrustación de laminación se recicla en planta de sinter. La chatarra se recicla en la acería. Los residuos refractarios dependiendo de la condición van para fabricación de morteros o se desechan.

Calcinación de cal

Los residuos sólidos generados en la planta de calcinación son cribas de piedra caliza y dolomita, polvo de cal y finos de cal. El polvo de cal y finos de cal se briquetan y reciclan ya sea en planta de sinter o acería. Las cribas de piedra caliza y dolomita se reciclan en la planta de sinter.

Central térmica

Los principales residuos sólidos generados en la central eléctrica son cenizas volantes y cenizas de fondo. La ceniza volante se utiliza en la producción de cemento. En algunas plantas la ceniza se envía al estanque de cenizas. La ceniza recuperada del estanque de cenizas se utiliza para elevar la altura del dique del estanque de cenizas.

Gestión de residuos sólidos

La gestión de residuos sólidos consiste en generación, prevención, caracterización, monitorización, tratamiento, manipulación, reutilización y disposición residual. Requiere una nueva actitud de los empleados y la dirección. El pensamiento tradicional coloca toda la responsabilidad en unos pocos expertos que están a cargo de ello. El nuevo enfoque es hacer de la gestión de residuos responsabilidad de cada empleado. La importancia de la gestión de residuos sólidos es lo que los gerentes y trabajadores orientados a la producción deben aprender. Para una gestión efectiva de residuos sólidos, su participación y cooperación es crucial.

También el compromiso de la dirección es necesario y vital para un programa exitoso de gestión de residuos. La dirección puede demostrar su compromiso capacitando a los empleados en técnicas de gestión de residuos, fomentando sugerencias de los empleados, proporcionando recursos para actividades de las 3 R, y midiendo y monitorizando la generación y reciclaje de residuos.

El objetivo final de la dirección debe ser cero residuos sólidos de la planta. Para esto, el seguimiento y las mejoras continuas son cruciales. La medición y reporte de reducción de residuos y logro de objetivos de ahorro de costos también ayudan a mejorar los resultados de trabajo y el desarrollo sostenido de la planta siderúrgica.

Las 3 "R" de la gestión de residuos sólidos se muestran en la Figura 1.

Figura 1: Las 3 "R" de la gestión de residuos sólidos