ES2907790T3 - Procedimiento para el tratamiento de lodos que contienen hierro - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para el tratamiento de lodos que contienen hierro, donde dicho procedimiento comprende - una etapa de lixiviación en la que el lodo que contiene hierro se mezcla con un ácido y un agente de oxidación para crear un lixiviado oxidado, y - una etapa de precipitación de hierro en la que el lixiviado oxidado se mezcla con un agente neutralizante para crear una mezcla compuesta por una parte sólida que comprende hierro precipitado y una parte líquida, donde el agente neutralizante comprende al menos 30 % en peso de polvo recuperado de un tratamiento con filtros de bolsas del gas de la fabricación de hierro, de la fabricación de acero, de la fabricación de coque o de la sinterización.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el tratamiento de lodos que contienen hierro
[0001] La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de lodos que contienen hierro.
[0002] Durante la producción de arrabio, se emite gas que contiene polvos y sale a través de la parte superior del alto horno. Para ser reciclados, los gases deben limpiarse de estos polvos. Se usan dos procedimientos para realizar esta etapa de limpieza, una limpieza en seco utilizando captadores de polvo y/o ciclones que recogen las partículas de polvo más grandes que a continuación se envían directamente a la planta de sinterización, y una limpieza húmeda, en dispositivos de lavado, recogiendo las partículas de polvo más finas en agua. El residuo de esta etapa de limpieza húmeda constituye lodo.
[0003] La composición media de este lodo es del 15 % al 25 % en peso de hierro, del 30 % al 50 % en peso de carbono, del 2 % al 12 % en peso de zinc y del 0,5 % al 2 % de plomo. El zinc y el plomo están presentes como óxidos PbO y ZnO, pero también notablemente como sulfuros ZnS, también llamados esfalerita, como sulfuros PbS y como metales puros, Zn y Pb.
[0004] Debido a su alto contenido en zinc y plomo, estos lodos no pueden reciclarse directamente en la planta de sinterización. En general, las plantas de sinterización permiten el reciclado de subproductos con un contenido inferior al 0,4 % en peso de zinc e inferior al 0,1 % en peso de plomo. Por lo tanto, es necesario seguir tratando dichos lodos para reducir su contenido de metales pesados.
[0005] Los procedimientos hidrometalúrgicos son soluciones bien conocidas para eliminar impurezas de sólidos o lodos. Estos procedimientos incluyen una etapa de lixiviación que consiste básicamente en mezclar el sólido que se va a tratar con un líquido que contiene un agente de lixiviación tal como NaOH, NH3 o H2SO4. Las impurezas del sólido reaccionan con el agente de lixiviación y se transfieren al líquido. El resultado de la etapa de lixiviación es una mezcla de un sólido o lodo lixiviado y un líquido residual de lixiviación, denominado lixiviado. Este lixiviado contiene principalmente hierro y carbono que pueden recuperarse para su reutilización en la planta de sinterización.
[0006] La solicitud de patente WO2016/178073 describe un procedimiento de tratamiento de lodo de alto horno en el que el lodo se somete a una etapa de lixiviación con ácido clorhídrico y clorato. El lixiviado resultante de esta etapa primero se oxida y a continuación se somete a una etapa de precipitación de hierro mediante adición de cal. La parte sólida resultante de estas etapas posteriores se puede reciclar a la planta de sinterización en lugar de fuentes externas de hierro y carbono. Este procedimiento implica el uso de múltiples agentes reactivos, como ácido, cloratos, cal, que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Por ejemplo, la producción de cal implica un gran consumo de energía y la liberación de CO2 en la atmósfera.
[0007] La solicitud de patente WO2015/124507 describe también un procedimiento de tratamiento de lodo donde se somete a varias etapas, entre ellas una etapa de lixiviación con ácido clorhídrico y dióxido de manganeso y una etapa de precipitación de hierro con adición de un agente neutralizante que es cal y la inyección de aire y/o oxígeno en la mezcla. Como para el procedimiento anterior, múltiples agentes reactivos son implicados en reacciones posteriores.
[0008] Existe la necesidad de un procedimiento de tratamiento que tenga un impacto reducido en el medio ambiente.
[0009] Este problema se resuelve mediante un procedimiento de tratamiento de lodos que contienen hierro, comprendiendo dicho procedimiento:
- una etapa de lixiviación en la que el lodo que contiene hierro se mezcla con un ácido y un agente de oxidación para crear un lixiviado oxidado, y
- una etapa de precipitación de hierro en la que el lixiviado oxidado se mezcla con un agente neutralizante para crear una mezcla compuesta por una parte sólida que comprende hierro precipitado y una parte líquida, donde el agente neutralizante comprende al menos 30 % en peso de polvo recuperado de un tratamiento con filtros de bolsas del gas de la fabricación de hierro, de la fabricación de acero, de la fabricación de coque o de la sinterización.
[0010] El procedimiento de tratamiento según la invención también puede comprender las siguientes características, tomadas solas o en combinación:
- el agente neutralizante comprende menos del 65 % en peso de cal,
- después de la etapa de precipitación del hierro, la mezcla se somete a una etapa de separación para recuperar por separado la parte sólida que contiene carbono y hierro precipitado y la parte líquida
- la parte sólida comprende al menos 8 % en peso de hierro, al menos 15 % en peso de carbono, menos de 0,4 % en peso de zinc y menos de 0,1 % en peso de plomo.
- el polvo comprende menos de 0,1 % en peso de zinc, menos de 1 % en peso de plomo, entre 0,5 % en peso y 2.5 % en peso de sílice SiO2, entre 2 y 5 % de potasio, entre 2 % en peso y 5 % en peso de cloruro, menos de 2 % en peso de azufre, al menos 8 % en peso de hierro, al menos 10 % en peso de carbono, al menos 25 % en peso de óxido de calcio y entre 1 y 3 % en peso de óxido de magnesio, el equilibrio siendo oxígeno e impurezas inevitables - los lodos que contienen hierro son lodos de alto horno.
[0011] Otras características y ventajas de la invención aparecerán en la lectura de la siguiente descripción.
[0012] Con el fin de ilustrar la invención, se han realizado ensayos y se describirán a modo de ejemplos no limitativos, especialmente en referencia a figuras que representan:
La Fig.1 es una vista esquemática de una realización de un procedimiento según la invención.
[0013] En la figura 1 se ilustra un dispositivo para realizar un procedimiento de tratamiento según una realización de la invención. El lodo 1, tal como lodo de alto horno, se vierte en un tanque 11 donde se mezcla con un ácido 2, tal como ácido clorhídrico HCl y un agente oxidante 3, tal como una solución acuosa de NaClO3. La mezcla de los agentes de lixiviación con el lodo produce un lixiviado 21, que se compone de una parte sólida y una parte líquida. La duración de la etapa de lixiviación 2 se comprende preferentemente entre 30 min y 2 h. En la presente se describe una etapa de lixiviación específica a modo de ilustración, pero la invención comprende cualquier etapa de lixiviación que utilice un ácido y un agente oxidante.
[0014] El HCl ácido clorhídrico reacciona notablemente con óxidos de zinc y plomo según las siguientes reacciones:
ZnO 2HCl ^ZnCl2 H2O
PbO 2 HCI ^PbCh H2O
[0015] Los cloruros de zinc y plomo así producidos son solubles en agua.
[0016] El HCl ácido clorhídrico también reacciona con óxidos de hierro de acuerdo con la siguiente reacción: Fe2O3 6 H+ ^ 2 Fe3+ 3 H2O
[0017] Los iones Fe3+ así formados pueden reaccionar con zinc de acuerdo con las siguientes reacciones: Zn° 2 Fe3+ ^ 2 Fe2+ Zn2+
ZnS 2 Fe3+ ^ Z n 2+ 2 Fe2+ S°
[0018] Mientras tanto, el agente oxidante 3 reacciona con zinc y plomo presente en el lodo inicial 1 para convertirse en elementos solubles en agua que se retiran del lodo 1 y se transfieren a la parte líquida del lixiviado 21. Este lixiviado 21 contiene notablemente Fe2+, Fe3+, Zn2+, Pb2+.
[0019] Para recuperar el hierro, es necesario tener este elemento solo bajo la forma de Fe3+, lo que significa que los iones Fe2+ tienen que oxidarse. Esta etapa de oxidación se puede realizar mediante el uso de iones clorato: 6 Fe2+ 6 H+ ClO3' ^ 6 Fe3+ Cl- 3H2O
[0020] Esto puede ocurrir a través de una etapa de oxidación específica (no ilustrada) o junto con la etapa de lixiviación al tener una concentración inicial del agente oxidante 3 más alta de lo necesario para la mera reacción con zinc y plomo.
[0021] Si se realiza a través de una etapa de oxidación específica, consiste en agregar un agente oxidante tal como clorato, por ejemplo, mediante el uso de una solución de NaClO3, al lixiviado 21.
[0022] El producto de esta oxidación es un lixiviado oxidado 21 que comprende notablemente Fe3+, Zn2+, Pb2+.
[0023] Para recuperar el hierro, el lixiviado oxidado 21 se envía a un segundo tanque 12 para ser sometido a una etapa de precipitación de hierro. Esta etapa de precipitación de hierro se realiza mediante la mezcla de un agente neutralizante 4 con el lixiviado oxidado 21. Esta adición da como resultado un aumento del pH hasta un valor comprendido entre 2 y 3, en el que el Fe3+ se precipita como FeOOH de goetita. El producto de esta etapa de precipitación de hierro es una primera mezcla 22 compuesta por una parte sólida, el lodo lixiviado comprende hierro y una parte líquida, un líquido residual. Dicha primera mezcla 22 se envía a un dispositivo de separación 13, tal como un filtro prensa o un decantador, donde se separan las fases sólida 23 y líquida 24. La fase sólida 23, también llamada torta, es un concentrado de hierro y carbono que puede someterse a etapas de lavado y secado adicionales y reciclarse en la planta de sinterización.
[0024] Según la invención, el agente neutralizante 4 utilizado para la etapa de precipitación contiene polvo recuperado de un tratamiento del gas con filtro de bolsa. Una cámara de bolsas (BH, B/H), filtro de bolsas (BF) o filtro de tela (FF) es un dispositivo de control de la contaminación del aire que elimina partículas del aire o gas liberado de procedimientos industriales, como la industria siderúrgica. La mayoría de los filtros de bolsas usan bolsas largas y cilíndricas (o tubos) hechas de tela tejida o de fieltro como medio filtrante. El gas de escape o aire entran en la bolsa a través de las tolvas y se dirigen al compartimiento de la cámara de bolsas. El gas se aspira a través de los filtros, ya sea en el interior o en el exterior, dependiendo del procedimiento de limpieza, y se acumula una capa de polvo en la superficie del medio filtrante hasta que el aire ya no puede más moverse a través de él. Esos polvos se recuperan a continuación mediante la limpieza de los filtros. Según la invención, el agente neutralizante 4 contiene al menos 30 % en peso de polvos recuperados del tratamiento del gas con bolsas de filtrado. Estos polvos son polvos recuperados del tratamiento con bolsas filtrantes del gas de la fabricación de hiero, de la fabricación de acero, de la fabricación de coque o de la sinterización.
[0025] La planta de sinterización es una planta dentro del taller siderúrgico donde, básicamente, el mineral de hierro bruto se mezcla notablemente con un material que contiene carbono y un agente de fundición, la mezcla así creada se sinteriza para formar aglomerados de hierro. Estos aglomerados a continuación se cargan en el alto horno para crear arrabio. Este procedimiento emite una gran cantidad de gas de combustión que contiene polvo procedente de los diferentes materiales utilizados. Esos gases se capturan para evitar su liberación a la atmósfera y se tratan para eliminar esos polvos mediante el tratamiento con bolsas filtrantes. El uso de estos polvos ha demostrado varias ventajas, especialmente para el medio ambiente. De hecho, el consumo de un agente neutralizante externo, como la cal, se reduce sin tener un impacto perjudicial en el tratamiento del lodo, los compuestos no deseados como el zinc y el plomo todavía se eliminan dentro de los límites requeridos. Además, el uso de esos polvos permite obtener una torta con mayor contenido de carbono y hierro. Así mejora la tasa de reciclaje de la torta 23 a la planta de sinterización, donde reemplaza la materia prima de hierro. También reduce el consumo de materias primas en la planta de sinterización. En una realización preferida, la parte sólida comprende al menos 8 % en peso de hierro, al menos 15 % en peso de carbono, menos de 0,4 % en peso de zinc y menos de 0,1 % en peso de plomo.
[0026] En una realización preferida, los polvos comprenden menos de 0,1 % en peso de zinc, menos de 1 % en peso de plomo, entre 0,5 % en peso y 3,5 % en peso de sílice SiO2, entre 2 y 11 % de potasio, entre 2 % en peso y 10 % en peso de cloruro, menos de 3 % en peso de azufre, al menos 8 % en peso de hierro, al menos 15 % en peso de carbono, al menos 25 % en peso de óxido de calcio y entre 1 y 3 % en peso de óxido de magnesio, siendo el equilibrio oxígeno e impurezas inevitables.
[0027] El líquido residual 24 todavía contiene zinc y plomo que se pueden recuperar. Para ello, el líquido residual 24 se somete a una etapa de precipitación de zinc y plomo. Esta etapa de precipitación de zinc y plomo se puede realizar vertiendo el líquido residual 24 en un tercer tanque 13 donde se mezcla con un componente alcalino 5, tal como cal. Esta adición da como resultado un aumento del pH del líquido, preferentemente hasta 9,5, al que se precipitan los hidróxidos de zinc y plomo Zn(OH)2 y Pb(OH)2.
[0028] El producto de esta etapa de precipitación de zinc y plomo es una segunda mezcla 25 compuesta por una parte sólida, un concentrado de zinc y plomo 26, y de una parte líquida, un efluente 27. Dicha segunda mezcla 25 se envía a un dispositivo de separación 14, tal como un filtro prensa o un decantador, donde se separan las fases sólida 26 y líquida 27. El concentrado 26 de zinc y plomo se puede reciclar en un horno Waelz, y el efluente 25 se puede tratar con otros efluentes de la planta.
Resultados
[0029] Los lodos procedentes del alto horno se han sometido a un tratamiento según la técnica anterior (Procedimiento 1) y según una realización de la invención (procedimiento 2). Los resultados se presentan en la tabla 1. La composición inicial del lodo fue (en % en peso), siendo el resto oxígeno:
[0030] En ambos procedimientos, el lodo se sometió primero a una etapa de lixiviación en un primer tanque durante la cual se mezcló con ácido clorhídrico HCl y con una solución acuosa de clorato de sodio NaClO3. Se produjeron las reacciones descritas anteriormente y se formó un lixiviado. Se añadió NaClO3 en cantidad suficiente para oxidar este lixiviado para obtener los minerales de hierro en su forma oxidada requerida Fe3+. Este lixiviado oxidado a continuación se vertió en un segundo tanque para realizar la etapa de precipitación de hierro.
[0031] En el procedimiento 1, de acuerdo con la técnica anterior, esta etapa de precipitación de hierro se realizó usando cal como agente neutralizante. En el procedimiento 2, según la invención, el agente neutralizante utilizado fue una mezcla de cal y polvo del tratamiento con bolsa filtrante del gas de sinterización. La composición del polvo utilizado
fue la siguiente (en % en peso), siendo el resto oxígeno:
[0032] A continuación, en ambos procedimientos, las partes sólidas y líquidas resultantes de la etapa de precipitación de hierro se separaron en un filtro prensa. La parte sólida, también llamada torta, se analizó para determinar su contenido de hierro y carbono. La parte líquida a continuación se envió a un tercer tanque donde se sometió a una etapa de precipitación de zinc y plomo mediante mezcla con cal. Los productos de esta etapa de precipitación de zinc y plomo son concentrado de Zn/Pb y aguas residuales que se separan mediante filtro prensa. El concentrado de Zn/Pb se analizó para determinar su contenido de zinc y plomo.
Tabla 1
[0033] Como se puede ver en la tabla 1, el procedimiento según la invención permite la reducción en el consumo de cal, mientras se mantiene la tasa de eliminación de zinc y plomo en los límites requeridos. Además, el procedimiento según la invención permite obtener una torta con un mayor contenido en carbono y hierro, que aumenta la cantidad de fuentes externas de carbono y hierro a las que puede sustituir en la planta de sinterización. Todas estas ventajas contribuyen a reducir el impacto ambiental.
Claims (6)
1. Un procedimiento para el tratamiento de lodos que contienen hierro, donde dicho procedimiento comprende
- una etapa de lixiviación en la que el lodo que contiene hierro se mezcla con un ácido y un agente de oxidación para crear un lixiviado oxidado, y
- una etapa de precipitación de hierro en la que el lixiviado oxidado se mezcla con un agente neutralizante para crear una mezcla compuesta por una parte sólida que comprende hierro precipitado y una parte líquida, donde el agente neutralizante comprende al menos 30 % en peso de polvo recuperado de un tratamiento con filtros de bolsas del gas de la fabricación de hierro, de la fabricación de acero, de la fabricación de coque o de la sinterización.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el agente neutralizante comprende menos de 65 % en peso de cal.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, donde, después de la etapa de precipitación de hierro, la mezcla se somete a una etapa de separación para recuperar por separado la parte sólida que contiene carbono y hierro precipitado y la parte líquida.
4. Un procedimiento según la reivindicación 3, donde la parte sólida comprende al menos 8 % en peso de hierro, al menos 15 % en peso de carbono, menos de 0,4 % en peso de zinc y menos de 0,1 % en peso de plomo.
5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el polvo comprende menos de 0,1 % en peso de zinc, menos de 1 % en peso de plomo, entre 0,5 % en peso y 2,5 % en peso de sílice SiO2, entre 2 y 5 % de potasio, entre 2 % en peso y 5 % en peso de cloruro, menos de 2 % en peso de azufre, al menos 8 % en peso de hierro, al menos 10 % en peso de carbono, al menos 25 % en peso de óxido de calcio y entre 1 y 3 % en peso de óxido de magnesio, el equilibrio es oxígeno e impurezas inevitables.
6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el lodo que contiene hierro es lodo de alto horno.
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