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.