¿Cómo controlar el polvo en la fundición de metales no ferrosos?

La respuesta directa: combinar captura en fuente, filtración de polvo y tratamiento de gases de combustión

El polvo procedente de la fundición de metales no ferrosos se controla mediante tres capas que trabajan juntas, no mediante un único equipo: captura sellada o encapuchada en el horno, convertidor y puntos de extracción; un filtro de polvo dimensionado para los tamaños de partículas muy finos que produce el humo metalúrgico; y una etapa de tratamiento de gases de combustión que elimina el dióxido de azufre, los gases ácidos y los vapores residuales de metales pesados ​​que un filtro de polvo no está diseñado para capturar.

Cuando las tres capas se diseñan como un solo sistema, los gases residuales tratados se pueden llevar a una concentración de partículas. por debajo de 10 mg por metro cúbico normal , con una eficiencia de captura general para humos de fundición submicrónicos que comúnmente excede 99 por ciento . Dejar de lado la etapa de tratamiento de gases de combustión, incluso con un excelente filtro de polvo instalado, aún deja contaminantes gaseosos y en fase de vapor en la chimenea que el control de partículas por sí solo nunca pudo eliminar.

Por qué los humos de fundición son más difíciles de controlar que el polvo industrial común

La mayor parte de las partículas que salen de una fundición de metales no ferrosos no son polvo generado mecánicamente. Es un humo metalúrgico que se forma cuando el vapor de metal y de óxido metálico se produce a temperaturas del horno superiores. 1.000°C se condensa en partículas sólidas a medida que el gas se enfría aguas abajo. Debido a que estas partículas se forman por condensación en lugar de fractura o abrasión, una gran parte de ellas se miden bajo 1 micrómetro , con gran parte de la masa total concentrada por debajo de 0,3 micrómetros. Partículas tan finas pasan directamente a través de equipos de tamaño adecuado para polvo más grueso y permanecen suspendidas en el aire por mucho más tiempo que las partículas más grandes.

Dos corrientes de polvo distintas, dos problemas distintos

Una operación de fundición típica produce dos corrientes de polvo que se comportan de manera muy diferente y a menudo necesitan soluciones diferentes. La trituración, el cribado, el transporte y la carga de concentrado de mineral generan un polvo de manipulación más grueso, generalmente en el rango de 10 a 100 micrómetros, que se asienta relativamente rápido y responde bien a la separación convencional con campana y ciclón. Por otro lado, los gases de escape del horno y del convertidor transportan el humo de condensación ultrafino descrito anteriormente, frecuentemente junto con compuestos volatilizados de plomo, arsénico, cadmio o zinc presentes en muchos minerales de sulfuro y óxido. Dimensionar una sola pieza de equipo de filtración para una sola de estas corrientes y luego esperar que maneje ambas es una de las razones más comunes por las que los sistemas de control de polvo no cumplen con sus objetivos de diseño.

Captura de origen: detener el polvo antes de que se eleve el aire

La reducción más rentable del polvo de fundición se produce antes de que el gas llegue al filtro. Los hornos, convertidores y puntos de toma equipados con campanas ajustadas o recintos completos, mantenidos bajo una ligera presión negativa en relación con el taller circundante, evitan que el humo se escape al edificio antes de que pueda ser aspirado por el sistema de extracción. Las campanas de captura se diseñan comúnmente con una velocidad frontal de aproximadamente 0,5 a 1,5 metros por segundo ; Los recintos completos pueden funcionar eficazmente a velocidades más bajas porque el humo no tiene dónde dispersarse antes de llegar al conducto.

La captura secundaria es tan importante como la captura primaria. Golpear, verter y colar liberan breves ráfagas de humo que una campana primaria a menudo pasa por alto, por lo que se agregan campanas de dosel o ventilación push-pull colocadas directamente sobre estos puntos específicamente para atraparlos. Las operaciones que invierten en esta capa secundaria normalmente capturan más de 95 por ciento de humo generado antes de que llegue al filtro de polvo, lo que reduce la carga en los equipos posteriores y limita las emisiones fugitivas que de otro modo escaparían a través de las ventilaciones del techo y las aberturas del edificio en lugar de la chimenea controlada.

Elección de un filtro de polvo para fundir gases residuales

Seleccionar un filtro de polvo para fundir los gases residuales significa hacer coincidir el equipo con la temperatura del gas, el tamaño de las partículas y la corrosividad, no simplemente igualar un flujo de aire nominal. La siguiente tabla resume cómo se comportan normalmente los principales tipos de filtros frente al humo submicrónico que contiene metal descrito anteriormente.

En la práctica, muchas fundiciones organizan estas tecnologías en serie en lugar de depender de una sola: un ciclón elimina primero la fracción gruesa para que el filtro primario no se sobrecargue, mientras que un filtro de tela o un precipitador electrostático instalado aguas abajo maneja el humo de condensación fina. Filtros de tela equipados con Medios de membrana de PTFE se han convertido en una opción común para instalaciones nuevas, ya que mantienen una eficiencia de eliminación submicrónica superior al 99,5 por ciento en una amplia gama de condiciones de flujo de gas, aunque requieren un control cuidadoso de la temperatura y la humedad para evitar cegar las bolsas o acortar su vida útil.

Tratamiento de gases de combustión: gestión de lo que el filtro de polvo no puede eliminar

Un filtro de polvo, por muy eficiente que sea, sólo elimina partículas sólidas y líquidas. Los gases residuales de la fundición de minerales de sulfuro comúnmente transportan dióxido de azufre en concentraciones mucho más altas que la mayoría de las otras fuentes industriales, a veces en el rango de 3 a 30 por ciento en volumen para gas de horno de alta resistencia, junto con niebla ácida y vapor residual de metales pesados que solo se condensan o reaccionan después de pasar por el filtro. El tratamiento de gases de combustión es la etapa construida específicamente para abordar estos contaminantes gaseosos y en fase de vapor.

Corrientes de alta concentración: recuperación en lugar de eliminación

Cuando la concentración de dióxido de azufre es lo suficientemente alta, el enfoque estándar no es eliminar el gas sino convertirlo en ácido sulfúrico mediante un proceso de doble contacto y doble absorción, que puede alcanzar eficiencias de conversión de azufre superiores. 99,5 por ciento mientras se produce un producto ácido utilizable en lugar de una corriente residual.

Corrientes de gas de cola y de menor concentración

Para corrientes de gas más débiles, o como paso de pulido después de la recuperación del ácido, el lavado con sorbente húmedo, semiseco y seco con cal, piedra caliza o reactivos a base de sodio generalmente elimina el 90 por ciento o más del dióxido de azufre restante. La inyección de carbón activado o la adsorción en lecho fijo se agregan cuando hay mercurio u otros metales pesados ​​volátiles, ya que estos contaminantes pasan intactos tanto a través de los filtros de partículas como de los depuradores de gases ácidos convencionales. Cuando la combustión o la oxidación a alta temperatura también genera óxidos de nitrógeno, se aplica una reducción selectiva catalítica o no catalítica utilizando un reactivo a base de amoníaco en el mismo tren de gas para reducir los óxidos de nitrógeno junto con las partículas y el dióxido de azufre.

Cómo se conectan las etapas: un tren de tratamiento de varias etapas

Debido a que cada etapa apunta a un contaminante o rango de tamaño de partículas diferente, el orden en que se organizan los equipos es tan importante como el equipo en sí. Un tren típico para una fundición de mineral de sulfuro mueve los gases de escape a través de la siguiente secuencia, y cada etapa protege el rendimiento y la vida útil de la siguiente:

• Los gases de escape del horno o del convertidor dejan el proceso caliente y muy cargado de humo fino.
• La recuperación del calor residual y el enfriamiento del gas llevan la corriente a una temperatura que el filtro aguas abajo puede tolerar.
• Un preseparador ciclónico elimina la fracción de partículas gruesas, protegiendo el filtro primario de la abrasión y la sobrecarga.
• Un filtro de polvo primario, generalmente un filtro de tela o un precipitador electrostático, elimina las partículas finas restantes.
• Una etapa de desulfuración o lavado de gases de combustión elimina el dióxido de azufre y los gases ácidos.
• Una etapa de pulido, a menudo adsorción con carbón activado, captura trazas de vapor de metales pesados ​​que las etapas anteriores no pueden capturar.
• El gas limpio sale a través de una chimenea equipada con un monitoreo continuo de emisiones.

El diagrama anterior representa esta secuencia visualmente: los gases residuales se mueven de izquierda a derecha desde el horno, a través de la preseparación ciclónica y el filtro de polvo primario, hacia el tratamiento de gases de combustión y una etapa de pulido final, antes de que el monitoreo continuo confirme lo que llega a la chimenea.

Operación, monitoreo y mantenimiento del sistema

Un tren de filtrado de polvo y de tratamiento de gases de combustión sólo funciona tan bien como se utiliza. Incluso un sistema correctamente diseñado se alejará de su eficiencia de diseño sin un monitoreo y mantenimiento consistentes, ya que los depósitos de polvo, la humedad y el condensado ácido actúan sobre el equipo de manera continua a lo largo del tiempo.

El monitoreo continuo mantiene el sistema honesto

Los instrumentos de monitoreo continuo de emisiones montados en chimeneas que rastrean la concentración de partículas, la opacidad y el dióxido de azufre brindan a los operadores evidencia en tiempo real de cómo se están desempeñando el filtro de polvo y las etapas de tratamiento de gases de combustión, en lugar de depender únicamente de pruebas manuales periódicas para detectar un problema después de que ya haya afectado las emisiones.

Señales de presión diferencial cuando un filtro necesita atención

A través de un filtro de tela, la presión diferencial normalmente se mantiene dentro de una banda alrededor 1.000 a 1.500 pascales . Un aumento constante fuera de esa banda generalmente indica que la bolsa está obstruida por la humedad o el ataque químico, mientras que una caída repentina a menudo indica una bolsa rota o desprendida que está permitiendo que el polvo evite la filtración por completo.

Planifique el reemplazo de bolsas y la corrosión antes de que provoquen un cierre

Las bolsas de filtro expuestas a gases de fundición ácidos y de alta temperatura suelen durar del orden de dos a cuatro años antes del reemplazo, aunque la carga de polvo abrasivo o las variaciones de temperatura pueden acortarlo considerablemente. Los componentes húmedos en la etapa de tratamiento de gases de combustión enfrentan su propio riesgo de corrosión debido al condensado ácido, por lo que la selección de materiales y la inspección rutinaria de los conductos, las partes internas de los depuradores y los revestimientos de los absorbedores son tan importantes como la química del proceso subyacente.

Preguntas frecuentes

¿Puede un equipo manejar polvo y gases de combustión a la vez?

Los depuradores húmedos pueden eliminar partículas y absorber gas ácido en un solo recipiente, pero la eficiencia de eliminación de partículas que logran para humos metalúrgicos submicrónicos es generalmente menor que la de un filtro de tela dedicado y generan una corriente de aguas residuales que a su vez necesita tratamiento. La mayoría de las operaciones de fundición obtienen un rendimiento más confiable y más fácil de mantener al mantener la filtración de polvo y el tratamiento de gases de combustión como etapas separadas y diseñadas específicamente en lugar de combinarlas en un solo dispositivo.

¿Por qué los humos de fundición necesitan una filtración más fina que el polvo proveniente de la trituración o cribado?

Debido a que los humos de fundición se forman a través de la condensación del vapor en lugar de por fractura mecánica, la mayor parte de su masa se encuentra por debajo de 1 micrómetro, mientras que el polvo de trituración y cribado suele tener 10 micrómetros o más. Un filtro de polvo y un sistema de captura del tamaño adecuado para el chorro más grueso no retendrán el más fino.

¿Cómo se trata habitualmente el dióxido de azufre procedente de los gases residuales de fundición?

Cuando la concentración de dióxido de azufre es alta, lo cual es común en la fundición de minerales de sulfuro, la conversión a ácido sulfúrico mediante doble absorción por doble contacto es el método estándar de tratamiento de gases de combustión, recuperando el azufre como un producto utilizable en lugar de descargarlo. Las corrientes más débiles, o el gas de cola que queda después de la recuperación del ácido, generalmente se pulen con un lavado alcalino húmedo, semiseco o seco.

¿Qué causa que un filtro de tela pierda eficiencia con el tiempo?

Las causas más comunes son el obstrucción de las bolsas por condensación de humedad o ataque químico, daños físicos como desgarros o costuras desgastadas y acumulación de polvo que los ciclos de limpieza no eliminan adecuadamente. El seguimiento de las tendencias de la presión diferencial junto con pruebas visuales periódicas o de fugas generalmente detecta estos problemas antes de que se manifiesten como un exceso de emisiones.

¿El tratamiento de los gases de combustión afecta el funcionamiento del filtro de polvo?

Sí. La temperatura del gas y la humedad que ingresan a la etapa de tratamiento de los gases de combustión generalmente se controlan teniendo en cuenta las tolerancias del filtro de polvo, ya que la condensación aguas arriba del filtro puede cegar los medios textiles o acelerar la corrosión dentro de un precipitador electrostático. Normalmente, las dos etapas se diseñan y funcionan como un sistema integrado y no de forma independiente.

¿Qué concentración de partículas puede lograr un sistema bien diseñado?

Los filtros de tela modernos combinados con una captura efectiva de la fuente comúnmente mantienen la concentración de partículas de salida por debajo 10 mg por metro cúbico normal de manera sostenida, aunque la cifra que se aplica a cualquier instalación específica depende de las características del gas y del límite regulatorio que el sistema está diseñado para cumplir.