Reciclado de las escorias de cubilote

Resumen

Se abordan los aspectos generales sobre el horno de cubilote en cuanto a funcionamiento y en las particularidades de la formación de escoria en este tipo de instalación. Son analizadas las propiedades más importantes de las escorias siderúrgicas en general que determinan su comportamiento en los procesos y su efecto en el medio como residual sólido; así como las posibilidades de su reutilización. Se particulariza en los problemas ambientales inherentes a las fundiciones con hornos de cubilote.

Palabras claves: Horno de Cubilote. Reciclado de escorias.

Obtención de hierro en hornos de Cubilote. Generalidades

Los metales y aleaciones que se utilizan para la producción de diversas clases de piezas se funden en varios tipos de hornos, siendo el horno de cubilote el más difundido para la obtención de hierro.

Según Cupola (1999) el horno de cubilote surge en el año 1794, siendo patentado por John Wilkinson. Hasta la década de los años 50 el cubilote fue el predominante para la fusión de hierro. Aunque también se utiliza algunas veces con dimensiones más pequeñas para fundir cobre. No sirve para fundir latón o bronce porque se produce una oxidación excesiva del zinc o del estaño, aunque a veces se funde el cobre en el cubilote y luego se incorporan los componentes necesarios.

A través de los años este tipo de horno plantea Pino (2005) se fue mejorando, fundamentalmente en lo relacionado con su eficiencia en la combustión, mejor control del proceso y mayor flexibilidad, por lo que ha existido un continuo crecimiento en su uso y creciente interés en una mejor comprensión de la manera en que efectúa su trabajo. Ello ha conducido al desarrollo e introducción de diversos dispositivos mejorados que permiten un control más intimo, así como la medición de los factores que determinan su comportamiento. Estos desarrollos le han dado al cubilote una posición importante como un medio de fusión.

En la fusión con este tipo de horno se emite una gran cantidad de polvos y gases que deben ser limpiadas para cumplir con los estándares de emisión establecidos. Su bajo costo inicial, bajo costo de operación y sobre todo su versatilidad (especialmente los pequeños cubilotes) hacen del cubilote un horno de grandes ventajas según lo plantea Cupola (1999).

Pino (2005) y Titov (1990) plantean que el cubilote es un hono de torre vertical, que consiste en una coraza cilíndrica de acero revestida con material refractario y equipado con una caja de viento y toberas para la admisión de aire. En el nivel superior tiene una puerta de carga para la introducción de los materiales de fusión y combustible cerca del fondo tiene orificios y picos para sacar el metal fundido y la escoria. La mayoría de los cubilotes modernos se pueden abrir por el fondo, llevan compuertas centradas en la placa base que pueden abrirse hacia abajo después de un ciclo de funcionamiento para vaciar todos los residuos acumulados. Al principio se construían los cubilotes sobre una base de mampostería en lugar de soportarlos con columnas, todavía están en uso este tipo de hornos y se llaman de fondo fijo.

En este horno la fundición líquida se obtiene a partir de la fusión de chatarras y lingotes de fundición: se trata de fundición llamada de segunda fusión o refundición.

Durante la fusión, afirma Kucher (1990), los componentes de la carga experimentan perdida por oxidación; de silicio (12%), pero si hay Mn serán menores; de manganeso 15%; el fósforo permanece constante; el azufre aumenta de 30 a 40%; el carbono no sufre variación. Con exceso de aire las pérdidas de Si y Mn aumentan un 50%. Si el coque tiene mucho azufre (más del 2 %) el aumento de éste puede llegar a un 60%, lo que conduce a la perdida de piezas por baja calidad. [http://www.utp.edu.co/~publio17/hornos_fusion.htm]

1.1.1. Estructura del horno de cubilote

Según García (2003) el cubilote consta de 18 partes fundamentales para su funcionamiento, según muestra la Figura 1.1. El cuerpo de acero del cubilote, esta recubierto interiormente con material refractario (ladrillo de chamota, sílice etc.). La cuba es la parte principal del cubilote, en ésta transcurren dos procesos básicos de fusión: La combustión y la fusión del hierro. En la parte superior de la cuba se halla la boca para introducir la carga en el cubilote.

Figura 1.1 Horno de cubilote. Partes y estructura

Leyenda

1- Fondo basculante (hoja 1). 10- Bloques huecos de fundición.

2- Fondo basculante (hoja 2). 11- Deposito de carga.

3- Columnas de apoyo 12- Chimenea con supresor de Chispas.

4- Plancha de la solera. 13- Ladrillos de chamota.

5- Abertura de trabajo. 14-Holgura entre la camisa y el revestimiento.

6- Toberas. 15- Parte inferior de la cuba.

7- Caja de viento. 16- Piquera de hierro.

8- Ladrillos refractarios. 17- canal de escoria.

9- Cuerpo de acero 18- Canal de sangrado.

Debe dejarse establecido que el cubilote es un tipo especial de horno de refundición, en el cual una vez que el metal y el coque se cargan en su interior se obtiene una calidad definida de hierro. Plantea Perdomo (2000) que cuando se utilizan otros hornos de refundición el metal debe inspeccionarse periódicamente para controlar su calidad y deberá efectuarse continuadamente el proceso de calentamiento, si fuere necesario, hasta que el metal tenga la calidad deseada.

Un cubilote que funciona en buenas condiciones debe producir entre 545 y 770 kg/h por m2 de área del cubilote. Tomando como base este estimado, se pueden calcular los promedios de metal fundido que pueden obtenerse en los cubilotes de distintas dimensiones cuyo empleo está más extendido, y esos promedios aparecen en la (Tabla 1.1), que se muestra a continuación.

Tabla 1.1 Promedios aproximados de fusión de los cubilotes de acuerdo con sus dimensiones.

Escorias siderúrgicas

En todo proceso siderúrgico conjuntamente con el metal se forma un producto secundario denominado escoria, la escoria que se forma contiene compuestos oxigenados que no se redujeron durante el proceso. Existen procesos tecnológicos en los que la escoria representa el producto principal, afirma Rodríguez (2005).

Las escorias son mezclas fundidas de óxidos de metales y silicatos, algunas veces con fosfatos o boratos, sulfuros, carburos o haluros y presentan un aspecto vitrificado afirma Serrano (2000). Se forman como productos residuales en el proceso de fundición de minerales, constituyendo según Titov, (1990) entre un 3 y 4% de la masa para el caso de los metales, pudiendo llegar este valor hasta un 7%, en dependencia de las toneladas por hora que se fundan.

En Europa se producen anualmente 8 millones de toneladas de escorias de los procesos EAF (Electric arc fournace) y AOD (Argon Oxigen Descarburation) como productos residuales en la fabricación de diferentes tipos de aceros. Plantea López (1996) que aproximadamente un 20% en peso se elimina en vertederos públicos

De los datos anteriores se aprecia que las escorias se producen en volúmenes bastante grandes, por lo que ha sido de gran interés por todos los fundidores darle aplicaciones importantes después de haber cumplido sus funciones durante el proceso metalúrgico, observándose una tendencia a disminuir estos volúmenes empleando minerales de mayor ley como lo refiere Perdomo (2000), aunque esto se ve afectado por la disminución de las reservas de minerales de alta ley.

A las escorias se le han dado múltiples aplicaciones para lo cual se tiene en cuenta fundamentalmente su composición química, debido a que esta determina la basicidad y actividad química. Entre las aplicaciones más importantes se pueden señalar la producción de cemento, áridos, etc., según lo refiere Rodríguez (2005); las aplicaciones futuras de estas escorias no son tomadas en cuenta a la hora de conformar la carga metalúrgica debido a que el objetivo central de estos procesos es la obtención de la aleación metálica de calidad.

Perdomo (2000) y Mazvishvely (1991) plantean que en los procesos de producción de ferroaleaciones las cantidades y propiedades de la escoria dependen de la tecnología del proceso, del tipo y calidad de la materia prima empleada, de la marca de aleación producida, de la composición química del refractario de la instalación de fusión y de los recipientes receptores.

1.2.1. Formación de las escorias en el horno de cubilote

En el cubilote se acumula un residuo de escoria, que procede principalmente de la ceniza del coque, revestimiento refractario fluidificado en la fusión, productos de oxidación del hierro y la chatarra y arena o tierra en el material de carga, plantea Rodríguez (2005). Esta escoria tienden a ser muy viscosas a la temperatura del cubilote, a causa del punto de fusión relativamente elevado que resulta de un exceso desfavorable del constituyente ácido (SiOLa adición de fundentes básicos se realiza con el propósito de bajar el punto de fusión de la escoria y aumentar la fluidez para facilidad de evacuación del cubilote.

La importancia física de una adición de fundente adecuada y de tener una buena fluidez en la escoria se indica como necesaria para mantener limpio el horno de cubilote y operando eficientemente. Una escoria espesa e insuficientemente fluidificada tiende a cerrar los orificios en el cubilote. Este efecto tiende a reducir el área efectiva del coque, lo que dará por resultado una temperatura del hierro más baja, un régimen de fusión retardado, menor contenido de carbono y mayor oxidación según Serrano (2000).

Las escorias en estado sólido tienen características especiales según Serrano (2000), el conocimiento de estas da la posibilidad de controlar exitosamente el proceso de tratamiento. Un índice de suma importancia es la composición mineralogica de la escoria, la cual permite juzgar sobre los compuestos y uniones químicas, que se encuentran contenidos en la misma.

Las propiedades físicas de las escorias plantea López (1996) varían significativamente en dependencia de la velocidad de enfriamiento. El paso de la escoria de la fase líquida a la sólida esta relacionado con la cristalización de la masa fundida. En general las escorias poseen una baja capacidad de cristalización. Ellas se inclinan a un sobreenfriamiento y endurecimiento hasta el estado sólido de forma vítrea. La regulación de la velocidad de enfriamiento de la masa fundida es el medio principal de interacción en las transformaciones de fases durante la cristalización según López (1996) y Perdomo (2000).

Mediante el enfriamiento lento de la escoria se forma un material cristalino semejante a los materiales naturales, el cual se obtiene durante la colada de la escoria líquida en los canales y el tratamiento de los cristales de estos componentes y sus actividades dan a la escoria enfriada altas propiedades mecánicas.

Las escorias que se destinaran a diversos usos, dentro de los que pudieran estar la fabricación de fundentes, cementos, etc…, deben recibir determinado tratamiento una vez que hayan salido del horno.

Este tratamiento consta de dos procesos fundamentales:

• El granulado por temple

• La molienda

Varios autores dentro de los cuales Rodríguez (2004) y Serrano (2000) coinciden en que el temple desempeña un papel capital, pues condiciona la calidad de la escoria independientemente de su composición química, y afirman que la primera cualidad de una buena escoria para ser utilizada es estar bien granulada por temple..

Tan importante resulta la granulación, que para las escorias se les exige un contenido mínimo de fase vítrea de 2/3 de su masa, pues a igualdad o semejanza de composición química, una escoria siderurgica tiene mayor actividad potencial cuanto mayor es su contenido de constituyentes vítreos o amorfos u otros en estado cristalino como lo refiere Serrano (2000).

1.2.2. Propiedades químico-física de las escorias y su importancia en el procesamiento de estas

En la composición química de las escorias se puede encontrar: SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3 , FeO, MnO, MgO, SO3, P2O5, K 2O, Na2O, etc…Pero básicamente el mayor contenido en la masa total de escoria se encuentra en la sílice (SiO2), alumina (Al2O3), la cal (CaO) y la magnesita (MgO), que forman una serie de minerales. Un elevado contenido de óxido de silicio en las escorias le brinda a estas un carácter ácido, el alto contenido de óxido de calcio les da carácter básico. En dependencia del contenido de óxidos de hierro, en particular el FeO, las escorias se dividen en oxidadas y reducidas. Una notable cantidad de FeO en la escoria le da un carácter oxidado afirma López (1996).

Las propiedades de las escorias fundidas (densidad y grado de saturación a los gases, tensión superficial e interfases, adhesión y cohesión, conductibilidad eléctrica) poseen un gran significado no solo para los procesos metalúrgicos de la fusión sino además en el procesamiento y obtención de diferentes productos a partir de estas como lo refiere López (1996).

El enlace entre las propiedades físico-químicas de las escorias fundidas y las características de los materiales cristalinos, vítreo cristalinos o vítreos es uno de los aspectos principales de su procesamiento.

En función de la disminución de temperatura varía la cantidad de gases contenidos en la escoria, por lo que a su vez influye en la viscosidad. La fluidez de la escoria después de la colada varía para cada etapa del proceso tecnológico.

Un gran significado tiene la tensión superficial e interfase de la masa fundida, en particular, relacionada con la separación del metal de la escoria, lo que es sumamente importante, no solo para elevar el rendimiento útil de metal, sino además para el procesamiento de la escoria. Una separación bastante completa del metal de la escoria depende de la diferencia de densidades de las partículas metálicas y la escoria, así como de su viscosidad.

La fusibilidad es también una característica importante, la cual incluye no solo el calor de fusión latente, sino además el calor de recalentamiento, necesario para dar a la masa fundida la fluidez requerida. La fusibilidad depende principalmente de la composición química y en primer orden de los contenidos de sus componentes principales: CaO, SiO2, MgO, Al 2O3.

La densidad en estado líquido y la permeabilidad son atendidas por autores como Mascucci (1998) y Baisanov (1990) con especial interés. Se plantea, como conociendo la variación de la densidad en dependencia de la composición y la temperatura se puede juzgar sobre la estructura de la sustancia en estado líquido y sobre la interacción física de la sustancia líquida con el sólido.

La densidad de las escorias fundidas depende de la temperatura y la presión cuando el sistema no es abierto, así como de las concentraciones de los componentes y las relaciones particulares de estos, como se infiere de un número importante de trabajos, entre ellos Olivera (1999).

Cuando las escorias presentan menor densidad estas se liberan más fácilmente del metal flotando sobre su superficie, lo que posibilita la eliminación de ellas de una manera fácil y posibilita la eliminación de inclusiones y por lo tanto de defectos en las piezas fundidas.

En las capas superficiales las fuerzas de interacción de las moléculas no son uniformes, en resultado de lo cual es como si las moléculas tiraran hacia adentro. El trabajo necesario para aumentar la superficie del líquido en 1m2, sirve de medida de la energía superficial, denominándose tensión superficial, la cual depende directamente del valor de la energía entre las uniones de las partículas.

En el proceso de fusión las escorias interactúan con la atmósfera del horno y diluyen los gases contenidos en esta, la cantidad de gases diluidos depende de sus presiones, de las temperaturas y de la composición química. Las escorias ácidas contienen menor cantidad de gases, que las básicas.

Después de ser extraídas del horno, durante el proceso de enfriamiento ocurre la desgasificacion de la escoria. Una parte de los gases en vista del rápido aumento de la viscosidad queda en la escoria en forma de burbujas, la escoria solidificada adquiere estructura porosa. Los principales componentes de las fases gaseosas en las escorias son el monóxido de carbono, el nitrógeno y el vapor de agua.

La viscosidad es una de las propiedades fundamentales de las escorias, ya que permiten enfocar a un mismo tiempo una serie de aspectos que son de interés para los especialistas dedicados a la utilización de las escorias fundidas y su posterior procesamiento. Esta propiedad depende en alto grado de la temperatura.

Un número importante de autores, entre ellos Olivera (1999), Akverdin (1987), han dedicado esfuerzos al estudio de la viscosidad por su influencia en la forma de eliminación de la escoria fuera del cubilote, la salida de gases de la zona de fusión y particularidades del proceso.

Como plantea Cruz (2000), en el proceso de soldadura, pero aplicable al proceso de fundición, las escorias deben tener una temperatura de fusión no lejana a la temperatura de fusión del metal, prefiriéndose tal estado de temperatura de fusión del metal y la escoria en el cual la escoria pasa al estado líquido fluido para una temperatura algo inferior a la temperatura de fusión del metal. Lo planteado, junto a la dependencia de la viscosidad de la temperatura (su carácter corto o largo) y las condiciones de formación de la escoria, predeterminan las características de fusibilidad de ésta.

Basicidad :

La basicidad constituye la propiedad fundamental desde el punto de vista metalúrgico. Esta se valora sobre la base de la relación de sus óxidos según la teoría molecular de las escorias en relaciones molares o porcentuales. Según datos de Yu. Zeke, refiere Cicuitti (1997), hasta el presente se conocen 34 ecuaciones con ayuda de las cuales se puede considerar en mayor o menor medida la posibilidad de dar un criterio sobre la basicidad del sistema de escoria. Estas fórmulas pueden dividirse en dos grandes grupos:

a) Las basadas en la Teoría Iónica de las escorias.

b) Las basadas en la Teoría Molecular de las escorias

Como plantean Marcelo (2000) y Cruz (2000) para el primer grupo de fórmulas son características las siguientes:

Esta última ecuación, aún cuando sabemos que esta limitada al no considerar la existencia de los compuestos, permite a nuestro juicio, caracterizar con bastante aproximación el comportamiento metalúrgico de las escorias, en particular su participación en los procesos REDOX y afino. En la valoración de la posibilidad de obtención en la escoria de uno u otro óxido libre es necesario considerar la posibilidad de formación de diferentes compuestos (FeO( SiO2, 2FeO(SiO2, MnO(SiO2, 2MnO(SiO2, CaO(SiO2, 2CaO(SiO2), cuando una molécula de SiO2 puede enlazar no una, sino dos moléculas de óxido básico bivalente (CaO, MgO,etc) como bien se plantea por ,Gasik (1991), Cruz A. (2000).

Si la basicidad es menor que la unidad (B<1) las escorias se consideran ácidas, básicas si B>1 y neutros si B=1, en ello coinciden todos los autores consultados, entre ellos Burgos (1992) y López (1996). A nuestro criterio esta clasificación de las escorias en determinada medida es formal, ya que el valor absoluto de la basicidad de cada compuesto es desconocido, no obstante como plantea Onorin (1986) permite emitir juicios del comportamiento metalúrgico de las escorias, pues para valores más elevados de basicidad, los valores de actividad del ion de oxígeno O2- son mayores, o sea, mayores serán en la escoria los iones libres de este. En correspondencia con lo anterior Perdomo (2000) y Pojvisnev (1991) aseguran que las escorias ácidas poseen menor capacidad oxidante ya que la entrega de oxígeno al metal en este caso se realiza mediante la ruptura de los aniones complejos de SiO2 en la frontera del sistema heterogéneo.

Existen varias formas para expresar la basicidad como afirmamos anteriormente, pero en la práctica la de mayor utilización es la expresión que relaciona la concentración del óxido básico principal (CaO) y la del óxido ácido más fuerte (SiO2):

Actividad química:

La mayoría de los autores, entre los cuales se destacan Rodríguez (2004) y Kuchuk-Yatsenko (1996) coinciden en dividir los métodos de valoración de la actividad química (oxidante) de las escorias formalmente en dos grupos. El primer grupo comprende los métodos universales, válidos para evaluar las propiedades metalúrgicas. Estos métodos son generales y no totalmente precisos, se basan en la consideración de la composición química de la escoria.

Algunos autores, Castellanos (1994) entre ellos, plantean valorar la actividad química de las escorias (su acción oxidante) por el contenido relativo de los elementos.

La actividad química relativa de los óxidos, según diversos autores (Pis´mennyi (1996), Kuchuk (1996), (Cruz (2000), está relacionada con la basicidad de la escoria y puede ser calculada con bastante aproximación por las expresiones

Como que las reacciones de interacción entre la escoria y el metal dependen de las condiciones de concentración en la zona de fusión, entonces la escoria en dependencia del proceso puede manifestar diferente actividad química.

El coeficiente de actividad química relativa de las escorias varía desde 0 hasta 1, según investigaciones realizadas por Rodríguez (2004) ofrece la siguiente clasificación, fuertemente activas si la actividad es mayor o igual a 0.6, activas si esta entre 0.3 y 0.6, poco activas si esta entre 0.3 y 0.1 y pasivas si la actividad es menor o igual a 0.1

Situación medioambiental de las fundiciones

La industria metalúrgica es una de las ramas más antiguas de la producción de bienes materiales y de las fundamentales para la economía mundial, pero al mismo tiempo es una de las mas agresivas al entorno por la cantidad y tipos de residuales contaminantes que genera, según afirma García (2000).

Debido a que la producción de hierro y acero se basa fundamentalmente en procedimientos pirometalúrgicos, las cuestiones de la contaminación atmosférica son prioritarias. Además de numerosos contaminantes gaseosos, las emisiones de polvo juegan un papel especial, no sólo porque se generan en grandes cantidades, sino también por el hecho de que contienen algunas sustancias peligrosas para los seres humanos y el medioambiente, por ejemplo los metales pesados, según plantea Koblecovsky (2005).

En los procesos metalúrgicos, como fue planteado anteriormente se producen escorias que, en la medida de lo posible, deberían aprovecharse para otros usos. Si no se reutilizan eficazmente o se almacenan en un depósito definitivo adecuado, las acumulaciones de lodos pueden provocar contaminaciones del suelo principalmente.

La fundición se realiza en hornos de cubilote y en hornos eléctricos. Las emisiones gaseosas resultantes de la fundición están constituidas por CO, CO2, SO2, compuestos de flúor, óxidos de nitrógeno y por un corto espacio de tiempo, por fenol, amoníaco, aminas, compuestos de cianuro e hidrocarburos aromáticos (trazas).

En las fábricas de fundiciones se forma polvo durante la preparación de la arena para moldes y para machos, la fabricación de los moldes y los machos, la colada, el enfriamiento de las piezas fundidas, el vaciado de las formas y el tratamiento de la superficie de las piezas, el denominado desbarbado, entre otros procesos. Para la reducción de las emisiones de polvo, los filtros textiles han dado buenos resultados, permitiendo alcanzar concentraciones inferiores a 10 mg/m³ en el gas depurado de las instalaciones de desempolvado de la preparación de arena. Una filtración óptima del polvo fino con filtros textiles puede contribuir a reducir emisiones tóxicas, por ejemplo, níquel procedente del desbarbado de las piezas de fundición, según plantea Koblecovsky (2005).

1.3.1. Contaminación ambiental en las fundiciones.

La mayor parte de los contaminantes ambientales provienen de las industrias, entre los cuales se encuentran, dióxido de carbono, partículas sólidas, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, hidrocarburos reactivos, metales pesados y compuestos orgánicos, entre otros. En la atmósfera estos contaminantes se pueden encontrar en cualquiera de las formas: gaseosa, liquida y sólida, sin embargo las fomas físicas generalmente consideradas para contaminación ambiental son: partículas que son pequeñas masas discretas de materia sólida o liquida, como son el polvo, los humos, la neblina y la ceniza flotante y gases bajo la forma de moléculas ampliamente separadas entre si que poseen un movimiento muy rápido y no tienen ni una forma ni un volumen definidos.

Las emisiones de partículas producidas en la industria de fundición, según Andres (1997) son las siguientes: combustible no quemado, lo que incluye aceite volatilizado y los finos del coque. Esta fracción contaminante, cuando no se le controla, es la que produce la aparición de humos negros, partículas sólidas, que normalmente son de tamaño mayores a 44 µm y corresponden a partículas de arena quemada adheridas a chatarra propia refundida, finos de piedra caliza y suciedad adherida a la superficie de la chatarra comprada. Esta fracción contaminante rápidamente cae sobre la planta de fundición y en las áreas vecinas a la chimenea del cubilote. Partículas finas, entre 2 y 44 µm, que es material finamente dividido proveniente de las mismas fuentes de la fracción gruesa según lo refiere López (1995). Este contaminante se mantiene en suspensión durante mayor tiempo y de manera gradual se va precipitando en grandes regiones de la comunidad vecina.

Existen además los óxidos metálicos, que son partículas submicroscopicas formadas por oxidación de la carga. Las partículas de oxido de hierro producen los penachos rojizos típicos de los procesos metalúrgicos ferrosos. Estas partículas permanecen en suspensión durante largos periodos de tiempo antes de precipitar, a menos que haya corrientes locales o condiciones inversas de temperatura que conduzcan a que el humo alcance el nivel del suelo, según Vieitez (1991).

Estos contaminantes primarios a menudo se combinan en la atmósfera para producir, en muchos casos contaminantes secundarios que son muy nocivos para la salud ambiental.

Los contaminantes primarios producen los siguientes efectos: irritación en los ojos, dificultades respiratorias, problemas cardiacos y dolores de cabeza, en los seres humanos, pero también traen afectaciones sobre los cinturones vegetales que rodean a las ciudades. Por estas razones es la importancia de establecer legislación que efectivamente controlen las emisiones industriales contaminantes del ambiente: Las Norma ISO 14000, proveen la implantación o la planificación para establecer el monitoreo y mejora del Sistema de Gerencia Ambiental (Environmental Management System, EMS). asegura García (2000).

En la industria de fundición, los procesos más contaminantes son los de fusión del metal o de las aleaciones, de allí que sea importante hacer el mayor énfasis en mantener un estricto control del proceso, lo cual se une al factor económico. Los demás procesos de la fundición donde no hay fusión de metales generan contaminación por partículas (particulate pollution), pero no se considera que constituyan formas severas de contaminación del aire en términos de sus efectos sobre el vecindario.

La operación del cubilote es la mayor fuente de contaminación de emisiones de partículas, tanto en términos de fuentes de contaminación como de la intensidad de emisión de cada fuente; en segundo lugar esta el proceso de fusión mediante horno eléctrico de arco; y en tercer lugar esta la fusión con horno de inducción, plantea López (1990).

Aprovechamiento de los residuales sólidos. Impactos medioambientales

Uno de los principales residuales o subproductos, que se obtiene en la industria metalúrgica son las escorias de los distintos procesos tecnológicos, por lo que su procesamiento y uso posterior seria de gran utilidad desde el punto de vista ecológico y constituiría un paso importante en la conversión de las fundiciones en industrias limpias. 

Adicionalmente el procesamiento de las escorias y su conversión en un producto útil ayudaría a elevar el grado de eficiencia económica de las empresas metalúrgicas, como reclama la Resolución económica del V Congreso del PCC según describe García (2000).

Según afirma PNUMA – ONUDI (1994) En las políticas de aprovechamiento de residuales es importante considerar la premisa según la cual los productos industriales (aceros, hierros fundidos, entre otros) demandan de una calidad sostenida de las materias primas iniciales y de un control minucioso de las operaciones tecnológicas de los procesos de elaboración o transformación, de aquí se deriva que los residuos generados deben mantener, en consecuencia rangos estables en cuanto a calidad y composición.

Denominaciones tales como subproductos, residuos o despectivamente "desechos" se atribuyen comúnmente a la diversa gama de materiales generados en los procesos metalúrgicos, en la agricultura y en su agroindustria, entre otros. Estos no constituyen el producto principal, sin embargo al ser procesados ulteriormente es factible obtener nuevos materiales que posean un nivel de calidad requerida y alcancen el valor de aquellas materias primas vírgenes que les dieron origen.

La caracterización y cuantificación de residuos industriales es un vasto campo abordado desde hace tiempo por distintas instituciones privadas y públicas de los países industrializados, según Vieitez 1991), se persigue elaborar estrategias sobre posibles técnicas de recuperación y de viabilidad técnica y económica.

La gestión de residuos contempla, entre otras, tres acciones fundamentales, según García (2000) y López (1990) y proponen estrategias de aprovechamiento

I. La reducción de su producción en origen:

Mediante el desarrollo de tecnologías más limpias, la sustitución de materias primas o las modificaciones tecnológicas de las instalaciones.

En este sentido, existen abundantes ejemplos en la industria siderúrgica, entre los que cabe destacar la mejora en la preparación de la carga de los hornos, con el desarrollo de los procesos de sinterización y peletización; la utilización de minerales hematíticos en vez de fosforados; el apagado en seco del coque; la introducción de los convertidores LD, en sustitución de los viejos convertidores Martín-Siemens y Siemens-Thomas; la reducción del consumo de refractarios. El desarrollo de procesos de reducción directa del acero.

II. La promoción al máximo del reciclado, reutilización y revalorización de los residuos y de su posible transformación en materias primas para otras industrias.

Plantea Rodríguez (2005) que este sentido, los ejemplos más representativos sean las investigaciones realizadas durante varios años para promover el uso de las escorias de horno alto y de convertidores en ingeniería civil, en construcción de carreteras, en la industria del cemento, etc., y las que se realizan en la actualidad para la utilización de las escorias en la agricultura.

Los productos conocidos como "grava- escoria", "arena-escoria", "cemento-escoria", etc., son claros ejemplos de la utilización (revalorización) de estos residuos, quizás, coproductos de la industria siderúrgica según describe Zaragoza (2000).

A ello se agrega el reaprovechamiento de la cascarilla de laminación en sustitución de minerales de hierro o la reutilización de los polvos de acería para recuperar metales pesados, investigado por García (2000).

III. El vertido controlado, su minimización y destrucción, sobre todo la de aquellos residuos considerados tóxicos y peligrosos.

A este respecto, en nuestro país existe un marco legal que regula estos vertidos a partir de la entrada en vigor de la Ley No. 81 "Ley del medio ambiente", que tiene como objeto establecer los principios que rigen la política ambiental y las normas básicas para regular la gestión ambiental de Estado y las acciones de los ciudadanos y de la sociedad en general, a fin de proteger el medio ambiente y contribuir a alcanzar los objetivos del desarrollo sostenible del país.

Así mismo establecer que cualquier actividad deberá causar la menor alteración posible, directa o indirectamente, al sistema nacional de áreas protegidas, las aguas terrestres y marítimas, la capa vegetal, la flora y la fauna silvestre, el paisaje y al medio ambiente en general.

Técnicas de minimización de residuos

Las técnicas de minimización del impacto ambiental son muchas y muy variadas, y no son fácilmente adscribibles a sectores productivos concretos y/o tipologías de empresas determinadas, sino que dependen más bien de las peculiaridades que puedan influir en cada caso particular.

Entre las diferentes técnicas de minimización propuestas por Andrés, (1997), se encuentra el reciclaje de residuos mediante una reutilización (interna), ya sea como retorno al proceso o como materia prima para otros procesos. Es decir, que aquellos residuos intrínsecos que no son más que los ligados íntimamente al proceso de producción de una fábrica determinada, son utilizados por ella misma y convertidos en fuentes de materia prima para la obtención de nuevos productos, muchos de ellos con un contenido energético aprovechable. En muchas plantas siderúrgicas del mundo entero era característico unos años atrás, las inmensas playas donde se vertían escorias, que semejaban las zonas aledañas a un volcán, una mezcla de capas de lavas sintéticas, con mayor o menor aspecto metálico formando colinas y valles. Esta situación ha ido evolucionando, y hoy en día esta tierra de nadie, está invadida de poderosas excavadoras, grandes camiones volquete, grúas y bulldozers que alimentan a las zonas de molienda, clasificación y recuperación selectiva de los materiales para su utilización posterior, según refiere Zaragoza (2000).

La fabricación de cementos, constituyen solo una de las varias aplicaciones que se les puede dar a las escorias, refiere Zaragoza (2000). Por otro lado Jiménez (2000) propone junto al proceso de gestión de residuos un esquema para una posible eliminación de los residuos, como se muestra en la figura 1.2

Fig. 1.2 Esquema para una posible eliminación integral de los residuos siderúrgicos.

Estado actual del uso de las escorias en el mundo

Las escorias de los Hornos de Arco Eléctrico, que en su sistema mayoritario de óxidos son próximas a las de hornos de cubilote y que a su vez, representan los mayores volúmenes de este tipo de residual sólido, según lo refiere Andres (1997), actualmente son utilizadas principalmente en la industria de los materiales de la construcción, donde han alcanzado determinadas aplicaciones; particularmente en Europa, donde se comercializan cementos compuestos de Cemento Pórtland y escorias. En Argentina se les utiliza como material de relleno en caminos y como capa base en carreteras, debido a su buena resistencia mecánica a la abrasión y al choque, como consecuencia de su gran dureza. Plantea López (1990) que en España se le usa en la obtención de cementos siderúrgicos.

En Rusia se le usa como árido grueso para la confección de hormigones debido a que las escorias fueron enfriadas lentamente, careciendo estas de propiedades hidráulicas, no siendo apropiadas para la elaboración de cementos, siendo su principal campo de aplicación, el de árido para hormigón, donde la cualidad, que en primer lugar se le pide, es la de poseer resistencias mecánicas superiores al mortero en el cual están embebidas y que no se disgreguen cuando el medio ambiente influya sobre ellas, según plantea Zaragoza (2000).

La disgregación o inestabilidad de volumen, que finaliza en la pulverización, puede ocurrir en las escorias siderúrgicas debido a la existencia de ciertos compuestos cálcicos, ferrosos o mangánicos.

La destrucción, producto de los compuestos cálcicos, tienen como causa la transformación que las formas cristalinas ( y ( del silicato dicálcico, experimentan hacia la forma ( más estable en frío, esta transformación supone un aumento de volumen. En general si la escoria contiene menos del 42 % de CaO es poco probable que ocurra este tipo de disgregación; también con alto contenido de aluminio y magnesio, puede una escoria mantener más del 50 % de CaO sin sufrir disgregación, según investigaciones realizadas por López (1996).

La inestabilidad de volumen también puede producirse por la existencia de compuestos en los que el hierro se encuentre como Fe2+, donde las escorias que lo contienen, de una coloración por lo general rojiza o negra intensa, son estables en los ambientes secos; pero la humedad y más aun su contacto con el agua, le producen aumentos de volumen que concluyen por conducir al total desmoronamiento. También existe una disgregación causada por el manganeso pero carece de importancia práctica, ya que las escorias ricas en este elemento no se utilizan en la construcción.

En Cuba actualmente no se aprovechan las escorias de cubilote, las mismas son acumuladas en los patios de algunas fundiciones en forma de montañas de desechos sólidos y en otros casos se vierten en el medio ambiente en vertederos que se localizan fuera de la ciudad.

Existen 16 fundiciones de horno de cubilote en Cuba:

• Ciudad Habana —————— 1

• Villa Clara ———————— 2 (MINAZ)

• Matanzas ————————- 1

• Cienfuegos ———————– 1 (MINAZ)

• Camaguey ————————- 4

• Holguín —————————- 2

Moa ——————————– 1

Nicaro —————————— 1

• Guantánamo ———————- 1

• Granma (Manzanillo) ———— 1 (MINAZ)

• Santiago de Cuba —————- 1

En el periodo del 80 al 90 se produjeron alrededor de 350 000 toneladas de hierro en Cuba, las que fueron disminuyendo debido al cierre de un gran número de fundiciones. En el año 2000 la producción no llego a 50 000 toneladas. Entre los años 2004 y 2005 en las 16 de fundiciones que utilizan horno de cubilote para su producción se obtuvieron alrededor de 42 000 toneladas de hierro, por lo que se genero como promedio unas 2100 toneladas de escoria que pasan a los vertederos, provocando un impacto negativo al medio ambiente. Esto demuestra que constituye un problema latente para la Industria Siderurgica Cubana actual.