Estudio experimental de un proceso de producción de cloruro férrico a partir de desechos de la industria del acero

Abstract

El acero es un material de alta demanda, cuya producción durante 2017 correspondió a 100.000 toneladas en Chile. De esta industria se desprenden diferentes sub-productos, entre los cuales se encuentra la cascarilla de laminación, la que no puede ser reutilizada en el proceso cuando presenta un alto contenido de aceites y grasas. Debido a esto, se planteó un proceso de eliminación de aceites y grasas con el uso de surfactantes, disolución en ácido clorhídrico y oxidación para la producción de cloruro férrico en solución, producto utilizado en tratamiento de aguas y procesamiento mineral. El objetivo de la memoria fue el estudio experimental de las primeras dos etapas del proceso productivo a partir de un residuo obtenido del estiramiento de barras de refuerzo, el que se demostró que es similar a la cascarilla de laminación. Para lograr el objetivo, se hicieron experimentos a escala de laboratorio para establecer las condiciones óptimas de procesamiento en la etapa de remoción de aceites y grasas y la caracterización de la cinética de disolución del desecho tratado. Los resultados obtenidos en la primera etapa muestran que el procesamiento óptimo se logra utilizando Nonil Fenol 10M a una concentración de 250 mg L-1 y con de tiempo de contacto de 1 hora. Para esta configuración, son necesarias 5 etapas de contacto con agua para lograr la remoción efectiva de surfactante y un RIL que cumple con la cantidad de sólidos en suspensión y pH del Decreto Supremo N°609/98, que regula la descarga de efluentes sobre el sistema de alcantarillado. Los resultados de la disolución del desecho tratado muestran que a una velocidad de agitación de 300 rpm y partículas con tamaño entre 250 y 425 µm, la disolución está controlada por la reacción química. Para las mismas condiciones se encontró, desde un set de 14 modelos matemáticos, un modelo logarítmico capaz de describir la cinética del proceso no-isotérmico, ajustando la constante cinética según la ecuación de Arrhenius. El modelo fue validado con experimentos independientes, obteniendo un coeficiente de concordancia de 0,94. El producto de la disolución fue caracterizado según el estándar AWWA B407-98, el que aplica a soluciones de cloruro férrico comerciales. Tres de los cinco parámetros exigidos por el estándar (peso específico, porcentaje de hierro y materia insoluble) se encuentran dentro de los límites establecidos, mientras que los faltantes se justifican en que la solución analizada no fue oxidada. Por tanto, se concluye que el proceso planteado es adecuado para el procesamiento del residuo. Se recomienda la ampliación del estudio de la etapa de eliminación de aceites y grasas, incorporando surfactantes más hidrofóbicos y variables no consideradas, como la adición de electrolitos y la velocidad de agitación. En la etapa de disolución se recomienda establecer una temperatura mínima para evitar la generación de precipitado, y la realización de un balance de energía para una mejor caracterización del proceso. Por último, se recomienda la investigación de procesos similares, debido a la especificidad del proceso presentado, y se debe realizar una evaluación económica de diferentes alternativas de producción técnicamente factibles.