Emisión de contaminantes

Índice

• Contexto ……………………………………………………………………………………………………………………… 1
• Descripción de proceso ……………………………………………………………………………………………….. 2
• Factores de emisión…………………………………………………………………………………………………….. 6
• Nivel de Actividad ……………………………………………………………………………………………………….. 8
• Resultado de Emisiones …………………………………………………………………………………………………9
• Conclusiones …………………………………………………………………………………………………………………10

Contexto

El aluminio es un metal no ferroso, que desde mediados del siglo XX es el que más se utiliza industrialmente después del acero. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad(2700 kg/m³) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por las propiedades favorables mencionadas es que el aluminio es utilizado en la industria alimenticia, del transporte y construcción.

La principal forma de producción del aluminio se denomina primaria, y consiste en su extracción de la bauxita. Este mineral, compuesto mayoritariamente por óxidos de aluminio hidratados, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales: África, Antillas, América del Sur y Australia. Entre el 85 y 95% de la bauxita extraída por la minería es utilizada para la producción de aluminio. La producción primaria mundial  en 2013 fue de 47,1 millones de toneladas.

La otra vía de producción es la secundaria, que es simplemente el reciclado del aluminio ya utilizado. Este último puede consistir en subproductos de los procesos de fabricación de los materiales de aluminio, o chatarras de piezas viejas ya usadas.

Debido a la emisión de contaminantes atmosféricos, las plantas de producción suelen situarse lejos de grandes conglomerados urbanos. Sumado a esto, para el caso de la producción primaria, se debe localizar en una zona donde la energía eléctrica sea barata y abundante. Un ejemplo de producción primaria, donde se decidió tomar los datos, lo constituye la planta de Aluar.

Descripción del proceso

La producción primaria de aluminio es un proceso que se lleva a cabo en dos fases. En la primera (proceso Bayer), mediante una serie de tratamientos físicos y químicos, se  transforma la bauxita en alúmina (óxido de aluminio, Al2O3). En una segunda fase (proceso Hall-Héroult), la alúmina se emplea para la obtención de aluminio electroquímicamente.

En el proceso Bayer, se utilizan tratamientos de molienda, digestión, filtración, disolución, refrigeración, precipitación y secado. En el primer paso se calienta la bauxita con soda cáustica a alta presión (30 atm) y temperatura entre (100 y 320 ºC) y se obtiene aluminato sódico^[1].

[pic 1]

En un segundo paso el aluminato obtenido se hidroliza para tener cristales de alúmina, que se calcinan a 1000 ºC formando el óxido de aluminio en polvo.

Finalmente, mediante un proceso electrolítico, el óxido de aluminio se convierte en aluminio metálico. Previamente a la electrólisis, la alúmina es mezclada con criolita (fluoruro de sodio-aluminio, Na3AlF6) para disminuir su punto de fusión a menos de 1000°C. Luego, mediante corriente continua dentro de una celda, la alúmina se descompone en aluminio metálico y oxígeno molecular. Éste último se forma en el ánodo de grafito, por ende atacándolo y formándose dióxido de carbono:

[pic 2]

Haciendo referencia a la celda utilizada para la electrólisis mencionada en el párrafo anterior, se pueden encontrar tres tipos: celdas de ánodos precocidos (PB), espárrago horizontal

Celda de ánodo Soderberg  (HSS), y el perno vertical de celda de ánodo Soderberg (VSS). La mayor parte del aluminio en los Estados Unidos se procesa utilizando celda de ánodos precocidos, por ende en este trabajo se trabaja con este tipo de celda.^[2]

A lo largo del proceso, se producen varios contaminantes de la atmósfera. En primer lugar, la molienda y la calcinación generan material particulado, que también se produce posteriormente en la electrólisis. En ésta última, se generan también dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y fluoruro de hidrogeno. Éste último también es generado previamente en la fabricación del ánodo. Además, el proceso requiere un alto consumo energético, lo que implica contaminación indirecta si la energía fue obtenida a partir de combustibles fósiles.

El proceso de producción secundaria de aluminio también ocurre en dos etapas, una de pretratamiento de la chatarra y otra de refinación. Ésta última tiene lugar dentro de un horno, generalmente de reverbero, en donde se funde la materia pretratada. Al igual que en la producción primaria, para facilitar la fundición se mezcla el material con un fundente, que consiste generalmente en una mezcla de cloruros metálicos como NaCl y KCl.

En este proceso, particularmente en el horno, se generan emisiones, principalmente de material particulado y dioxinas. Éstas son compuestos clorados formados a partir de procesos de  combustión.  La exposición a ellas, incluso a niveles bajos, puede causar efectos significativos sobre la salud humana, afectando a órganos como el corazón, hígado, piel y la glándula de tiroides, llegando incluso a provocar cáncer reproductivo.

También es importante considerar que, tanto para la producción primaria como la secundaria, el transporte es una fuente de contaminación a tener en cuenta. Las distancias entre los países productores de bauxita y las plantas de producción, por ejemplo, pueden ser de miles de kilómetros, lo que implica su traslado en barcos y camiones; éstos consumen combustible, y por lo tanto también generan contaminación indirecta.

Para controlar y minimizar los contaminantes producidos, pueden adoptarse diversos mecanismos de control. Un ejemplo de ellos es la captación, mediante dispositivos, de emisiones gaseosas de las cubas electrolíticas para conducirlas a las plantas de tratamiento de humos. Dichas instalaciones retienen con un 99% de eficiencia, el fluoruro gaseoso y particulado, utilizando como material absorbente alúmina (óxido de aluminio). Ésta es la materia prima a partir de la cual se obtiene el aluminio. De este modo se obtiene la alúmina enriquecida que es utilizada posteriormente en las cubas electrolíticas reciclando así las emisiones gaseosas.

Las técnicas posibles para reducir la producción y liberación de las sustancias químicas provenientes del sector del aluminio primario implican mejoras en la producción y control de los ánodos, y el uso de procesos de fundición avanzados. Con esto en mente las medidas tomadas son Sistema para la gestión ambiental, control de operación y mantenimiento, Control informatizado del proceso y vigilancia (Disminuir el consumo energético y reducir el número y duración de los efectos de ánodo.), Selección del alimento: Usar carbono con bajo contenido de azufre para los ánodos o pasta anódica (controlar las emisiones de dióxido de azufre). Hay ciertas medidas para plantas nuevas de producción primaria de aluminio con el objetivo de disminuir la emisión de contaminantes, algunas de ellas están en desarrollo. Este es el caso de procesos alternativos, como los  Ánodos inertes, cátodos humectados, tecnología de celda drenada, entre otros. También podría tenerse en cuenta la Tecnología de Precocción ^[3]

Para la producción secundaria de aluminio se vió que la etapa más importante desde el punto de vista ambiental es la fusión. Para minimizar estas emisiones algunas mejoras técnicas son las siguientes: celdas equipadas con sistemas para captación de gases, alimentación en continuo en los distintos puntos situados a lo largo de la línea central de la celda junto con un buen control operacional, depuración de los gases y recirculación de la alúmina a las celdas, preselección de la chatarra, utilización de hornos avanzados, post-quemadores y enfriamiento brusco (para evitar la formación de dioxinas), adsorción por carbón activado (para adsorber dioxinas y furanos); y por último, seguimiento de las emisiones mediante muestras frecuentes. Por otro lado, también son importantes las escorias salinas debidas a la adición de fundentes. Para su tratamiento se dispone de dos técnicas: trituración, machaqueo, molienda y tamizado; y procedimientos físico-quimicos.^[4][5]

...