{"id":112710,"date":"2018-03-11T10:39:48","date_gmt":"2018-03-11T10:39:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/proceso-industrial-para-la-obtencion-de-zno-purificado-a-partir-de-polvos-de-aceria-empleando-un-horno-metalurgico-de-plasma\/"},"modified":"2018-03-11T10:39:48","modified_gmt":"2018-03-11T10:39:48","slug":"proceso-industrial-para-la-obtencion-de-zno-purificado-a-partir-de-polvos-de-aceria-empleando-un-horno-metalurgico-de-plasma","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/ingenieria-y-tecnologia-quimicas\/proceso-industrial-para-la-obtencion-de-zno-purificado-a-partir-de-polvos-de-aceria-empleando-un-horno-metalurgico-de-plasma\/","title":{"rendered":"Proceso industrial para la obtenci\u00f3n de zno purificado a partir de polvos de acer\u00eda empleando un horno metal\u00fargico de plasma"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Iker Fernandez Respaldiza <\/strong><\/h2>\n<p>El polvo de acer\u00eda es uno de los residuos generados durante las operacionesde fusi\u00f3n y afino en las acer\u00edas de arco el\u00e9ctrico; llegando a suponer,aproximadamente, el 2% de la carga met\u00e1lica del horno. El polvo de acer\u00edaesta clasificado como residuo peligroso debido fundamentalmente a lapresencia de zinc, plomo y cadmio f\u00e1cilmente lixiviables. Solo en espa\u00f1a segeneran anualmente m\u00e1s de 200000 t de polvo de acer\u00eda, lo cual lo convierteen un residuo de grave impacto ambiental.Tradicionalmente, la gesti\u00f3n del polvo de acer\u00eda ha consistido en su dep\u00f3sitoen vertedero, previamente tratado para insolubilizar los metales pesados o sintratamiento alguno. Sin embargo, debido a su contenido en metales de altovalor a\u00f1adido como hierro y zinc, su reciclado resulta atractivo y se handesarrollado varios procesos tanto pirometal\u00fargicos como hidrometal\u00fargicospara ello, siendo el proceso waelz el m\u00e1s extendido. Estas tecnolog\u00edas nosatisfacen plenamente el reciclado del polvo de acer\u00eda debido a sert\u00e9cnicamente o econ\u00f3micamente demasiado costosas, generar gran cantidadde subproductos o no recuperar todos los metales de inter\u00e9s.En esta memoria se plantea el desarrollo de un proceso, a nivel industrial, parala obtenci\u00f3n de zno de pureza comercial a partir del polvo de acer\u00eda,empleando para ello un nuevo concepto de horno metal\u00fargico que utiliza latecnolog\u00eda de plasma como fuente de energ\u00eda. El horno empleado ha sidodesarrollado en inasmet-tecnalia. Este nuevo proceso cuenta como principalventaja con la recuperaci\u00f3n simult\u00e1neamente tanto del zno como del hierro,generando menor cantidad de escoria que otras tecnolog\u00edas disponibles;adem\u00e1s de lograr consumos energ\u00e9ticos bajos gracias a la secci\u00f3n variable delcanal del horno. Para el desarrollo de este proceso se han llevado a cabo lassiguientes tareas:determinaci\u00f3n anal\u00edtica del polvo de acer\u00edala procedencia del polvo de acer\u00eda lo hace muy heterog\u00e9neo, y su composici\u00f3ndepende de forma importante de las materias primas empleadas as\u00ed como delas condiciones de operaci\u00f3n del horno. Sin embargo, el control de cualquierproceso industrial comienza por el control de calidad de sus materias primas.Esta es la raz\u00f3n por la cual se ha desarrollado una tarea anal\u00edtica paradeterminar la composici\u00f3n elemental del polvo de acer\u00eda as\u00ed como otraspropiedades de inter\u00e9s.La determinaci\u00f3n elemental se ha realizado v\u00eda espectr\u00f3metro de emisi\u00f3n porplasma de acoplamiento inductivo (icp-oes), por tratarse de un equipo vers\u00e1tilrelativamente popular en los laboratorios metal\u00fargicos. Este equipo requiereque la muestra se encuentre disuelta en medio acuoso; por lo que, en primerlugar, se ha realizado un estudio para determinar la forma \u00f3ptima de digesti\u00f3nde las muestras (digesti\u00f3n acida y fusi\u00f3n alcalina) optimizando el tiemporequerido, coste de reactivos y posibles p\u00e9rdidas de material durante losataques.A continuaci\u00f3n se han seleccionado las longitudes de onda para analizar cadaelemento en funci\u00f3n de su sensibilidad a las concentraciones t\u00edpicas en elpolvo de acer\u00eda, as\u00ed como de posibles interferencias entre elementos o ruido defondo y se ha validado la tarea analizando dos materiales certificados de polvode acer\u00eda.Por \u00faltimo, para completar la caracterizaci\u00f3n del polvo de acer\u00eda, se haestudiado la validez de la determinaci\u00f3n de carbono y azufre mediantedetecci\u00f3n por infrarrojos y del an\u00e1lisis del tama\u00f1o de part\u00edcula por difracci\u00f3nlaser. Para ello se han analizado las desviaciones est\u00e1ndar y, en el caso de ladeterminaci\u00f3n de carbono y azufre, se han comparado los valores obtenidoscon los certificados en los dos materiales de referencia.Dise\u00f1o de compactosel polvo de acer\u00eda se introduce en el horno de plasma en forma compactadapara mejorar el contacto \u00edntimo entre las part\u00edculas de polvo de acer\u00eda y dereductor y para reducir la emisi\u00f3n de finos que son recogidos por la aspiraci\u00f3ncontaminando el zno enriquecido obtenido del horno.El polvo de acer\u00eda presenta varios inconvenientes para su compactaci\u00f3n; enprimer lugar su granulometr\u00eda extremadamente fina y en segundo lugar sucomposici\u00f3n en \u00f3xidos met\u00e1licos; por esta raz\u00f3n, la formulaci\u00f3n de loscompactos se ha compuesto de: agua, reductor, aglomerante y agua.Para el mezclado de los diferentes componentes se ha empleado un mezcladorde pasteler\u00eda, un mezclador eirich y una turbomezcladora en funci\u00f3n de laescala. La compactaci\u00f3n se ha realizado en forma de briquetas empleandopara ello dos diferentes embriquetadoras.Se han realizado cuatro dise\u00f1os de experimentos para estudiar el efecto de lacomposici\u00f3n de los compactos (tipo de polvo de acer\u00eda, de reductor o deaglomerante, utilizaci\u00f3n de aditivos) y las condiciones de fabricaci\u00f3n (tama\u00f1ode los compactos, tipo de secado o presi\u00f3n de fabricaci\u00f3n). De estos dise\u00f1osse ha obtenido un mapa de efectos que permite seleccionar la formulaci\u00f3n y lascondiciones de fabricaci\u00f3n de las briquetas m\u00e1s adecuadas para cadasituaci\u00f3n, en funci\u00f3n del efecto que se desee.Purificaci\u00f3n del zno enriquecidoel zno enriquecido que se obtiene al procesar el polvo de acer\u00eda posee entorno al 70% de zno, 7% de pbo y 0.7% de fe2o3, siendo el resto sales de nay k. Este material no tiene salida comercial directa por lo que debe someterse aun proceso de purificaci\u00f3n.La primera purificaci\u00f3n ha consistido en la eliminaci\u00f3n del pbo. El pbo estamuy restringido en aplicaciones como la farmac\u00e9utica, industria del caucho opara la alimentaci\u00f3n animal; sin embargo no supone problemas t\u00e9cnicos en laindustria cer\u00e1mica. Por esta raz\u00f3n, la eliminaci\u00f3n del plomo aumenta el valordel zno enriquecido.La eliminaci\u00f3n del pbo se ha llevado a cabo por m\u00e9todos t\u00e9rmicosaprovechando la diferencia en la tensi\u00f3n de vapor entre el pbo y el zno. Paraello, en primer lugar, se ha realizado un dise\u00f1o de experimentos para estudiarla influencia del binomio temperatura\/tiempo en el tratamiento sobre la eficaciade la eliminaci\u00f3n. A continuaci\u00f3n, las condiciones de tiempo y temperatura sehan traducido en consumos el\u00e9ctricos, para el equipo concreto empleado en eltrabajo, y se han establecido las condiciones \u00f3ptimas de eliminaci\u00f3n de pbo enfunci\u00f3n de este consumo. Por \u00faltimo, se ha estudiado el efecto de la utilizaci\u00f3nde un horno rotativo en vez de solera fija sobre la eliminaci\u00f3n de pbo.La segunda etapa de purificaci\u00f3n ha consistido en la eliminaci\u00f3n de loshal\u00f3genos; lo cual es un requisito indispensable independientemente de lasalida comercial que se le d\u00e9 al zno enriquecido debido que puede ocasionarproblemas de corrosi\u00f3n en las instalaciones.La eliminaci\u00f3n de los hal\u00f3genos se ha llevado a cabo mediante su disoluci\u00f3nen agua a temperatura ambiente para as\u00ed separarlas del material. Sin embargo,al igual que ha ocurrido en el dise\u00f1o de compactos, la alta variabilidad en lacomposici\u00f3n del polvo de acer\u00eda hace que no sea viable establecer unascondiciones de purificado generales y sea necesario establecerlas en funci\u00f3nde la composici\u00f3n de este. Para ello se han desarrollado las siguientesherramientas.En primer lugar se ha calculado la ecuaci\u00f3n cin\u00e9tica que sigue la disoluci\u00f3n delos compuestos halogenados. Esta ecuaci\u00f3n cin\u00e9tica permite calcular el tiempode contacto l\u00edquido-s\u00f3lido necesario para alcanzar el equilibrio y se hadeterminado mediante un ensayo en un reactor de mezcla perfecta midiendo laconcentraci\u00f3n de cloruros en el agua de forma continua mediantepotenciometr\u00eda.En segundo lugar se ha determinado el equilibrio ternario de la operaci\u00f3n delixiviaci\u00f3n mediante el diagrama de janecke. Este diagrama permite dise\u00f1ar lascondiciones del proceso (cantidad de disolvente, n\u00famero de etapas y flujo decorrientes) en funci\u00f3n de la concentraci\u00f3n de hal\u00f3genos en el zno enriquecidoy se ha calculado analizando las diferentes fases de los lixiviados de 11 puntosde equilibrio.Dise\u00f1o de instalaciones industrialespor ultimo, se ha realizado un estudio de la viabilidad econ\u00f3mica del procesocompleto de reciclado de polvo de acer\u00eda, desde su recepci\u00f3n hasta la salidade un material purificado con salida comercial en la industria electrol\u00edtica. Eneste sentido se ha estudiado la forma m\u00e1s adecuada, tanto desde el punto devista t\u00e9cnico como econ\u00f3mico y de estrategia empresarial.En primer lugar se ha realizado el dise\u00f1o de las instalaciones de las diferentesunidades (embriquetado, procesado y purificado), desarrollando los diagramasde flujo, el c\u00e1lculo de las corrientes y el dimensionado de los equipos.Inicialmente se han barajado dos posibilidades opuestas: la instalaci\u00f3n depeque\u00f1as unidades en las propias acer\u00edas o la instalaci\u00f3n de una plantacentralizada para el tratamiento de los polvos de acer\u00eda a nivel estatal ;finalmente se ha escogido la opci\u00f3n de la instalaci\u00f3n de peque\u00f1as unidades.En segundo lugar, se ha realizado la valoraci\u00f3n econ\u00f3mica de la instalaci\u00f3ndise\u00f1ada. Los ensayos realizados anteriormente han permitido obtener datosprecisos para poder determinar la inversi\u00f3n necesaria. Se ha dispuesto dedatos probados tanto de la capacidad de tratamiento del horno metal\u00fargico deplasma como del proceso de purificado, los cuales han permitido conocer laspropiedades del zno purificado y del arrabio y estimar sus valores en elmercado. Adem\u00e1s, se han evaluado los costes del inmovilizado, defuncionamiento, de mano de obra y de gesti\u00f3n de residuos.Por \u00faltimo, se ha realizado un estudio del riesgo de la rentabilidad de lainversi\u00f3n a trav\u00e9s de la simulaci\u00f3n de montecarlo, debido a que varios de losfactores que afectan a esta rentabilidad pueden sufrir variaciones durante lavida de la planta. Los resultados de todas estas simulaciones han resultadopositivos y cumplen los requisitos para justificar el proceso de recicladodesarrollado en este trabajo.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Proceso industrial para la obtenci\u00f3n de zno purificado a partir de polvos de acer\u00eda empleando un horno metal\u00fargico de plasma<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Proceso industrial para la obtenci\u00f3n de zno purificado a partir de polvos de acer\u00eda empleando un horno metal\u00fargico de plasma <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Iker Fernandez Respaldiza <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Pa\u00eds vasco\/euskal herriko unibertsitatea<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 18\/05\/2012<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Monika Ortueta Aldama<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: federico Mijangos anton <\/li>\n<li>patricio Aguirre mugica (vocal)<\/li>\n<li>Juan  angel Botas echevarria (vocal)<\/li>\n<li>Javierrufino Viguri fuente (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Iker Fernandez Respaldiza El polvo de acer\u00eda es uno de los residuos generados durante las operacionesde fusi\u00f3n [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center 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