Mejoras en el efluente líquido de Reducción Directa

Mejoras en el efluente líquido de Reducción Directa
Gestión ambiental: Prevención y minimización de impactos
SITUACIÓN
Descripción de la Empresa:
Acindar Grupo ArcelorMittal es una empresa de capitales privados, productora de aceros
largos, líder en el mercado argentino y con presencia internacional. Hoy cuenta con una
participación en el mercado superior al 50 por ciento y ofrece más de 200 líneas de
productos para la construcción, el agro y la industria. Contamos con un proceso integrado
con una planta de reducción Directa, una acería eléctrica y cinco trenes laminadores.
Resultado de esto tiene una capacidad de producción de 1.500.000 toneladas de acero por
año.
Descripción:
En el transcurso de los últimos tres años se observaron eventuales concentraciones de
hierro en el efluente líquido superiores a los límites de vuelco aplicables en la planta de
Villa Constitución. En el año 2005 se produjeron 2 desvíos de las 20 mediciones realizadas,
con una concentración media de descarga de hierro de 3,1 mg/l. En el 2006 no hubo
desvíos de hierro en las 12 determinaciones realizadas en el año y la concentración media
de descarga fue de 2,2 mg/l. En el 2007 tuvieron lugar 3 desvíos de concentración de
hierro y una concentración promedio de descarga de Fe de 2,9 mg/l.
La laguna de sedimentación de Reducción directa recibe en forma continua el material
particulado que proviene de los lavadores de gases del horno reductor y de los cuatro
colectores de polvo de la planta. Básicamente los sólidos en suspensión en el efluente son
polvos de mineral y de hierro esponja. La generación anual de barros es de
aproximadamente 30.000 Toneladas.
Cuenta con siete piletas de decantación en las que se realiza una extracción diaria de los
barros por medio de una dragalina, un camión volcador y una pala frontal. Las principales
tareas de extracción de barros se realizan en las primeras tres piletas y el barro retirado se
coloca en las playas de secado para su posterior venta a empresas de elaboración de
cemento.
TARGET
Principales objetivos
El objetivo principal es implementar las mejoras ambientales necesarias para asegurar el
cumplimiento de vuelco legal del efluente.
Para ello, se procedió primeramente a identificar las posibles causas de los eventuales
desvíos en las concentraciones de hierro en el efluente líquido, con la meta de lograr cero
desvíos en la concentración de hierro en el efluente de Reducción Directa.
Para implementar esta estrategia, se identificó como actores clave al personal de la empresa
contratista, que son quienes día a día desarrollan el proceso en la limpieza de la laguna. El
trabajo en equipo con ellos se hace por lo tanto indispensable.
Vista aérea de la laguna de sedimentación.
Tareas de extracción de barros
ACCION
Identificación de las causas:
Desconociendo las posibles causas del problema, se procesaron todos los informes de
efluentes de los últimos tres años y se busco la correlación de la concentración de hierro en
el efluente con otros parámetros monitoreados y las condiciones de operación de la planta.
Tras la búsqueda de las causas de los desvíos en la descarga, se observa la correlación de
concentraciones elevadas de hierro con bajas temperaturas del efluente (15 a 30°C),
mientras que las temperaturas promedio de descarga están por encima de los 35°C en
condiciones normales de operación.
Se siguió investigando y las bajas temperaturas, que tuvieron lugar en esos desvíos en el
contenido de hierro, eran consecuencia de que la planta de Reducción Directa operaba en
“idle” o estaba parada por reparación. Estas condiciones de operación ultimamente eran
consecuencia de las restricciones de gas natural por parte del estado en época invernal
(temperatura ambiente por debajo de los 5°C aprox.).
En el gráfico N°1 se observa la relación entre las bajas temperaturas y las concentraciones
de hierro por encima de los 5 mg/l:
Variación de la concentración de Fe en la descarga del efluente
Concentración de hierro (mg/l)
14/03/2008
11/01/2008
09/11/2007
17/09/2007
13/07/2007
11/05/2007
02/03/2007
16/01/2007
03/11/2006
0,00
05/09/2006
0,0
11/07/2006
5,00
10/05/2006
10,0
10/03/2006
10,00
25/11/2005
20,0
20/09/2005
15,00
05/08/2005
30,0
14/07/2005
20,00
02/06/2005
40,0
06/05/2005
25,00
05/04/2005
50,0
01/03/2005
30,00
02/02/2005
60,0
06.01.2005
Temperatura del efluente (°C)
Concentraciones de hierro similares o por encima de los
5 mg/l durante bajas temperaturas de descarga
Días de muestreo
Temperatura
Concentración de Fe
Limite legal
Gráfico N°1. Variación de la concentración de hierro y temperatura en el efluente.
Durante la parada anual de la planta de Redi llevada a cabo en junio de 2007 se programo
un monitoreo de la descarga del efluente en diferentes momentos con vistas a corroborar
la hipótesis, obteniendo como resultado la confirmación que los desvíos se producían
cuando la planta no producía hierro esponja con normalidad.
Las ocho muestras de efluente que se muestrearon durante la parada estaban por encima
de los 5mg/l, variando de 6 a 42 mg/l y se observan en el gráfico N°2.
Variación de la concentración de hierro total en la descarga del efluente
40
Parada
Programada
Planta parada por
restricción de gas
35
30
Producción.
Se realizó
extracción
de barros
en la última
pileta.
25
20
Descarga final
15
10
5
0
Producción
Producción
01/06/2007
02/06/2007
03/06/2007
04/06/2007
05/06/2007
06/06/2007
07/06/2007
08/06/2007
09/06/2007
10/06/2007
11/06/2007
12/06/2007
13/06/2007
14/06/2007
15/06/2007
16/06/2007
17/06/2007
18/06/2007
19/06/2007
20/06/2007
21/06/2007
22/06/2007
23/06/2007
24/06/2007
25/06/2007
26/06/2007
27/06/2007
28/06/2007
29/06/2007
30/06/2007
01/07/2007
02/07/2007
03/07/2007
04/07/2007
05/07/2007
06/07/2007
07/07/2007
08/07/2007
09/07/2007
10/07/2007
11/07/2007
12/07/2007
13/07/2007
14/07/2007
15/07/2007
16/07/2007
17/07/2007
18/07/2007
19/07/2007
20/07/2007
21/07/2007
22/07/2007
23/07/2007
24/07/2007
Concentración de Fe Tot (mg/l) en el efluente
45
Dias de muestreo
Gráfico N°2. Concentración de hierro en el efluente durante la parada del 2007.
En el gráfico N° 2 se puede observar la diferencia en las concentraciones de hierro en la
descarga entre la limpieza de la laguna cuando la planta opera normalmente durante todo el
año y el período de las paradas eventuales y programadas.
El paso siguiente era encontrar el fenómeno que llevaba a este comportamiento del
efluente, por lo que se programó para las próximas paradas seguir tomando muestras para
realizar nuevos estudios buscando la relación de la sedimentación de las particulas con la
temperatura..
Tras los análisis y la bibliografía consultada se comprobó que la variación de la viscosidad
del agua en función de la temperatura era la causa principal de la disminución de la
velocidad de sedimentación de las partículas en su recorrida por la laguna. La viscosidad
del agua varía considerablemente entre los 60 y 20°C que es el rango de temperatura en el
que se puede encontrar el efluente. Con esta variación de la viscosidad y manteniendose
constante la densidad de las partículas en suspensión, el contenido del hierro en el efluente
dependerá en parte de la temperatura del efluente.
Gráfico N° 3. Variación de la viscosidad del agua vs la temperatura.
Con el objetivo de justificar este comportamiento, se tomo una muestra de efluente
intermedio durante una parada de la planta con una concentración de hierro total de
45mg/l y se elaboró un procedimiento de análisis de la muestra. Resumiendo brevemente
se subdividió la muestra original en cinco submuestras, a cada una se las calentó a
diferentes temperaturas de 20, 30, 40, 50 y 60°C durante un mismo período de tiempo y
con agitación constante. Luego se las dejó sedimentar unos minutos y se tomo de cada una,
una muestra del líquido sobrenadante para realizar las determinaciones de hierro (Gráfico
N°4). Las concentraciones de hierro en el líquido sobrenadante iban de 25,9 mg/l para la
muestra tratada a 20°C hasta 5,43 mg/l para la llevada a 60°C.
Variación de la concentración de Fe en suspensión en función
de la temperatura
30
70
60
60
20,3
50
16,6
40
40
30
25
20
50
15
11,5
30
10
20
5,43
20
5
10
0
Concentración de Fe en
suspensión (mg/L)
Temperatura del efluente (°C)
25,9
0
1
2
3
4
5
Muestras N°
Temperatura
Hierro en suspensión
Gráfico N°4. Variación de la concentración de hierro en suspensión en función de la
temperatura.
Como conclusión del análisis del problema, la causa de los desvios es principalmente por
las tareas de limpieza de la laguna durante las operaciones de la planta en “idle” por
restricción de gas u otra causa. Con bajas temperaturas del agua las partículas removidas
por la extracción del barro no vuelven a sedimentar con la misma velocidad que si
estuviera a mayores temperaturas, situación que se da durante la operación normal de la
planta y la correspondiente limpieza de la laguna. Realizando la extracción de barros con la
planta operando en condiciones normales, es decir una temperatura entre 45 y 60°C del
efluente al ingreso de la laguna, las partículas removidas por la dragalina vuelven a
sedimentar en las próximas piletas obteniendo así concentraciones de hierro deseables.
Medidas tomadas
Con los resultados de la investigación se dio a conocer al personal de planta las causas de
los desvios, se revisionó el instructivo de limpieza de la laguna que no describía como
operar en paradas de planta de corta duración y se capacitó al personal de la empresa
contratista para realizar en forma adecuada la extracción de los barros. Por otro lado,
durante la época de restricciones de gas y paradas imprevistas en el 2008 se realizó un
seguimiento al cumplimiento del instructivo revisionado.
RESULTADOS
Resultados obtenidos
Los resultados obtenidos fueron muy buenos durante el 2008 con cero desvíos en la
concentración de hierro en el efluente de Reducción Directa, quedando por adelante
disminuir aún más el contenido de hierro de manera de tener mayor control en la descarga
(Gráfico N°4).
Concentración de Fe en la descarga del efluente Redi - 2008
Concentración de Fe mg/l
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Ene-08 Feb-08 Mar-08
Abr-08 May-08 Jun-08
Jul-08
Ago-08 Sep-08
Limite
legal
Meses
Concentración de Fe
Límite legal
Gráfico N°4. Concentración de hierro en la descarga del efluente de reducción Directa.
Conclusiones finales
Este trabajo se realizó en el transcurso de un año comenzando a mediados del 2007 hasta
el mes de mayo del 2008, esperando contar siempre con las condiciones operativas
representativas a ser estudiadas.
Este trabajo fue muy gratificante porque en primer lugar se lograron mejoras ambientales,
asegurando el cumplimiento de vuelco legal del efluente.
Resultó ser muy positivo el trabajo en equipo con el personal de la empresa contratista que
son quienes día a día desarrollan el proceso en la limpieza de la laguna.
El empleo de la metodología del PDCA es fundamental para encontrar las causas de los
problemas de manera ordenada y eficiente.