Impactos ambientales/Fabricación de hierro y acero

Fabricacion de hierro y acero

La fabricación de hierro y acero implica una serie de procesos complejos, mediante los cuales, el mineral de hierro se extrae para producir productos de acero, empleando coque y piedra caliza. Los procesos de conversión siguen los siguientes pasos:

• (a) producción de coque del carbón, y recuperación de los subproductos,
• (b) preparación del mineral (p.ej., sintetizar y formar pelotillas),
• (c) producción de hierro,
• (d) producción de acero, y
• (e) fundición, laminación y acabado.

Se pueden realizar estos pasos en una sola instalación, o en varios lugares completamente separados. En muchos países en desarrollo, es fabricado el acero de chatarra, en un horno de arco eléctrico. Por eso, los pasos (a) a (c), posiblemente no siempre sean aplicables a todos los proyectos de fabricación de acero. Una forma alternativa para producir el acero es la de la reducción directa, utilizando gas natural e hidrógeno. El producto de este proceso, hierro esponjoso, se convierte en acerco en un horno de arco eléctrico; luego se funden los lingotes, y para esto se producen los productos no planos con una o dos laminadoras. Son las llamadas "mini fabricas".

Impactos ambientales potenciales

La industria de acero es una de las mas importantes en los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a menudo, constituye la piedra angular de todo el sector industrial. Su impacto económico tiene gran importancia, como fuente de trabajo, y como proveedor de los productos básicos requeridos por muchas otras industrias: construcción, maquinaria, equipos, fabricación de vehículos de transporte y ferrocarriles. Durante la fabricación de hierro y acero se producen grandes cantidades de aguas servidas y emisiones atmosféricas. Si no es manejada adecuadamente, puede causar mucha degradación de la tierra, del agua y del aire. En los siguientes párrafos, se presenta una descripción breve de los desperdicios generadas por los procesos de fabricación de hierro y acero.

Producción de coque y recuperación de subproductos

El coque es producido por el calentamiento de carbón bituminoso, que expulsa los componentes volátiles. El coque es empleado como agente de reducción, en los altos hornos que producen hierro, para extraer el metal del mineral; durante este proceso, cierta cantidad de carbón se disuelve en el hierro líquido. El proceso de formación del coque o coquificación, espide grandes cantidades de gas conteniendo monóxido de carbono; esto facilita la producción de toda una serie de químicos: alquitrán mineral, aceites livianos crudos (conteniendo benceno, tolueno, xileno), amoniaco, naftaleno, y cantidades importantes de vapor. La mayoría de estas sustancias pueden ser recuperadas y refinadas como productos químicos; el resto del gas del horno de “coquificación” se emplea internamente en los diferentes procesos y hornos para calefacción, y su excedente de gas puede ser utilizado para generar energía eléctrica, o como materia prima para la producción de químicos.

La producción de coque produce grandes cantidades de aguas servidas que contienen amoníaco y otros componentes liberados durante el proceso de coquificación. Este agua contiene concentraciones potencialmente tóxicas de fenoles, cianuro, tiocianato, amoníaco; sulfuro y cloruro. La producción de coque emite humo visible, polvo de coque, y la mayoría de las substancias volátiles mencionadas anteriormente.

Preparación del mineral

Los minerales que contienen hierro (hematita, magnetita) se trituran, se clasifican y se aglomeran, mediante sinterización, para formar pelotillas, nódulos o briquetas, a fin de tener el mineral concentrado y preacondicionado para alimentarlo a los hornos altos. La preparación del mineral puede generar grandes cantidades de desechos producir emisiones de polvo y dióxido de azufre.

Producción de hierro

El hierro es producido en el alto horno mediante la conversión de los minerales en hierro líquido, a través de su reducción con coque; se separan con piedra caliza, los componentes indeseables, como fósforo, azufre, y manganeso. Los gases de los altos hornos son fuentes importantes de partículas y contienen monóxido de carbono. La escoria del alto horno es formada al reaccionar la piedra caliza con los otros componentes y los silicatos que contienen los minerales. Se enfría la escoria en agua, y esto puede producir monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los desechos líquidos de la producción de hierro, se originan en el lavado de gases de escape y enfriamiento de la escoria. A menudo, estas aguas servidas poseen altas concentraciones de sólidos suspendidos y pueden contener una amplia gama de compuestos orgánicos (fenoles y cresoles), amoníaco, compuestos de arsénico y sulfuros.

Producción de acero

El hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el proceso de fabricación de acero, en el que es eliminada la mayor parte del carbón que sé disolvió en el hierro líquido. En las plantas antiguas, el proceso de fabricación de acero todavía emplea el hogar abierto, pero en las plantas nuevas el método favorito es el del horno básico de oxígeno; se emplea oxigeno para quemar el carbón que está disuelto en el hierro. En ambos procesos, se producen grandes cantidades de gases que contienen monóxido de carbono y polvos. Estos gases pueden ser reciclados luego de eliminar el polvo, dañinos al aire y a la producción de granos.

Fundición, laminación y acabado

El paso final de la producción de acero convierte los lingotes de acero en los productos finales deseados. Los lingotes se laminan y forman placas, alambres, planchas, barras, tubos y varillas. Durante la laminación, se emplean grandes cantidades de aceite hidráulico y lubricante. Además, los bajos químicos (para eliminar los óxidos) y la limpieza del producto final para remover el aceite y grasa, pueden generar volúmenes significativos de desechos líquidos ácidos, alcalinos y de solventes. En las plantas modernas, se omite, a menudo, el paso de la fundición de lingotes y se utiliza hierro líquido, directamente, en un proceso de fundición y laminación continua.

Reducción directa: Mini fábricas de acero

La mini fábrica está formada por un horno de reducción directa y un horno de arco eléctrico y fundición continua de lingotes. Es aquí donde se reduce el mineral de hierro utilizando gas natural (o productos de petróleo), el mismo que se convierte, en un horno de reformación, en un gas que contiene hidrógeno. El hierro esponjoso que se produce en el proceso de reducción, se alimenta al horno de arco eléctrico, a fin de convertirlo en acero. A menudo se emplean grandes cantidades de chatarra en este horno, además del hierro esponjoso. Al omitir el proceso de coquificación y utilizar minerales de alta calidad, hace que este proceso alternativo produzca menos contaminación que el proceso convencional de alto horno; sin embargo, pueden haber emisiones significativas de polvo y monóxido de carbono.

Temas especiales

Desechos sólidos

Las fábricas de hierro y acero producen grandes cantidades de desechos sólidos, como escoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir ciertos tipos de cemento, si se granula correctamente. La escoria básica, otro desecho sólido, se emplea como fertilizante, y se produce al utilizar los minerales de hierro que poseen un alto contenido de fósforo.

La recolección de polvo en las plantas de coque, sintetización y en el alto horno, produce desechos que, en teoría, pueden ser parcialmente reciclados. El diseño debe aprovechar al máximo el reciclaje de los desechos sólidos recolectados en los espesadores, tanques de asentamiento, ciclones de polvo, precipitadores electroestáticos y áreas de almacenamiento de las materias primas. Hay que identificar en el plan del proyecto, las medidas apropiadas de eliminación definitiva de desechos sólidos, y éstas deben ser evaluadas completamente durante los estudios de factibilidad del proyecto. Se debe investigar la facilidad con que se puede lixiviar estos desechos; los depósitos de desperdicios sólidos deben ser forrados y monitoreados continuamente, a fin de prevenir la contaminación de las aguas freáticas. (Ver el capítulo: "Manejo de peligros industriales")

Desechos líquidos

Los solventes y ácidos que se utilizan para limpiar el acero son, potencialmente, peligrosos, y deben ser manejados, almacenados y eliminados como tal. Algunos de los subproductos que se recuperan son peligrosos o carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadas para recolectar, almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugas de líquidos y gases.

Reducción de los desechos

Si no se toman las medidas apropiadas, la contaminación atmosférica puede convertirse en un problema muy serio. Será necesario, durante la etapa de diseño, estudiar formas de reducir la contaminación atmosférica, mediante el uso de equipos especiales que eliminaran el polvo seco, para separar los gases y recuperar los químicos valiosos, y remover los contaminantes tóxicos y recolectar los gases que contienen monóxido de carbono e hidrógeno, a fin de utilizarlos como combustibles secundarios en la planta, o para producir otros químicos (p.ej., metanol y amoníaco). Estas medidas pueden reducir la contaminación atmosférica y aumentar la eficiencia energética. Los químicos que causan contaminación atmosférica son: dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenoles, benzopirina, cianuro, sulfuro de hidrógeno, y los compuestos de plomo y cinc.

Se emplean grandes cantidades de agua en la fabricación de hierro y acero. Es necesario contar con sistemas de tratamiento de aguas servidas para todos los procesos de fabricación de hierro y acero, y se debe estudiar la forma de reciclar el agua servida y tratada. Debido al alto contenido de sólidos de las aguas negras que se emplean para lavar los gases, es necesario incluir amplias instalaciones de coagulación y asentamiento.

Environmental Guidelines del Banco Mundial proporciona los lineamientos para las emisiones; la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. (EPA) establece las normas para la calidad del aire y de los efluentes. Estos reglamentos pueden servir como pautas para los proyectos de fabricación de hierro y acero en los países en desarrollo que no cuenten con su propia normativa. Para que las prácticas de almacenamiento de líquidos sean adecuadas, puede ser necesario utilizar tanques de doble pared o diques; asimismo, hay que tener sistemas de detección de fugas, tanto para líquidos, como gases, así como tanques y tuberías. (Hay mayor información sobre este tema en el capítulo: "Manejo de peligros industriales.")

Alternativas del proyecto

Selección del sitio

Se analizan los temas generales que han de ser tomados en cuenta en la selección del sitio para una planta industrial, en el capítulo: "Ubicación de plantas y desarrollo de parques industriales." La naturaleza de la producción de hierro y acero es tal que los impactos sobre el medio ambiente causados por su producción, almacenamiento y transporte merecen especial atención al evaluar los sitios alternativos. Si se da insuficiente atención a los problemas de emisiones y efluentes durante la etapa de planificación, el impacto sobre el medio ambiente puede ser substancial. Es inapropiado utilizar aguas de recepción cuya calidad o caudal sea inadecuado para aceptar los efluentes bien tratados.

Otro aspecto que merece ser atendido es el transporte de la materia prima hacia el sitio, y los productos finales fuera de éste. Se debe evitar la ubicación de las plantas industriales cerca de las áreas residenciales, especialmente si son densamente pobladas, debido a las molestias causadas por el polvo y el ruido. La producción de hiero y acero requiere de mucho espacio; por eso, al seleccionar el sitio se debe tomar esto en cuenta. Además, hay que tratar de dejar espacio para instalaciones adicionales que se requerirán en el futuro.

Procesos de fabricación

Si bien existen muchas alternativas para la planificación e implementacion de los proyectos, generalmente, el proceso de fabricación de hierro y acero que se utiliza depende de las materias primas que están disponibles, y sus propiedades minerales, químicas y físicas pueden variar grandemente; de las materias primas utilizadas para el proceso de reducción en el horno alto (p.ej., coque con la inyección adicional de gas natural, aceite, o polvo de carbón); y de los combustibles utilizados en los hornos, calderas y centrales térmicas. La naturaleza de los productos finales también afecta el diseño de la planta. Una mini fábrica de acero que hace reducción directa del mineral y emplea un horno eléctrico basado en gas natural y electricidad, causará un impacto ambiental mucho menor. Los diseños recientes de plantas integradas de hierro y acero demuestran una tendencia hacia los procesos continuos que utilizan menos enfriamiento y calentamiento en las interfaces algo que es importante para ahorrar energía y causan menos contaminación atmosférica e hídrica.

Existe una amplia selección de procesos y equipos para controlar la contaminación. El mejor método de control y el equipo idóneo, dependerán del volumen y composición de los contaminantes que deben ser recuperados o descargados al medio ambiente.

Control de la contaminación atmosférica

• precipitadores electroestáticos
• tipos de ciclones
• conversión adecuada de los polvos en pelotillas
• enfriadores de gases, lavadores de “ventura”, y separadores
• lavado de los gases de escape
• equipos para recuperar amoniaco, benceno y sulfuro de hidrógeno
• filtros de bolsa
• recuperación y reciclaje de monoxido de carbono
• recuperación del calor residual

Control de la calidad del agua

• neutralización de los efluentes ácidos y alcalinos;
• sedimentación y floculación en los espesadores;
• filtración de los sólidos suspendidos residuales;
• separadores de aceite y agua;
• control del contenido orgánico mediante tratamiento con carbón activo;
• intercambio iónico para controlar los metales;
• ósmosis invertida para controlar los metales;
• reutilización, reciclaje o evaporación del agua, empleando el calor residual.

Administración y capacitación

Se debe dar apoyo institucional a los proyectos de hierro y acero, para asegurar el manejo eficiente de las estrategias de control de la contaminación y de reducción de los desperdicios, y para reducir al mínimo el impacto negativo potencial, sobre la calidad del aire y el agua, a causa de la fábrica. El personal de planta debe contar con un ingeniero capacitado en el monitoreo de sistemas de control de la contaminación del aire y el agua. A menudo, y a solicitud, los fabricantes de los equipos proveerán la capacitación necesaria en cuanto a su operación y mantenimiento. Se deben establecer procedimientos normales de operación y mantenimiento de la planta, para que sean implementados por la gerencia. Estos deben incluir la operación de equipos que controlan la contaminación, requerimientos en cuanto al monitoreo de la calidad del aire y el agua, y directrices con respecto a la notificación de las autoridades competentes y paralización de la planta u otras respuestas en el caso de la falla de los equipos de control de la contaminación.

Se deben establecer e implementar normas de salud y seguridad para la planta. A más de los reglamentos normales, podemos citar los siguientes:

• Provisiones para prevenir y reaccionar a los gases peligrosos (como mon6xido de carbono y amoníaco) en áreas encerradas, y derrames de líquidos peligrosos (como ácido sulfúrico);
• Procedimientos para limitar la exposición al peligro del ruido y el calor excesivo, relacionados con la operación de los equipos pesados utilizados en la producción de acero;
• Un programa de exámenes médicos rutinarios;
• Capacitación permanente sobre salud y seguridad en la planta, y buenas prácticas de limpieza ambiental;
• Procedimientos de emergencia que requieren ejercicios regulares, a fin de tener un plan de acción en el caso de un derrame, fuga, explosión o incendio mayor.

(Para mayores detalles, ver el capítulo: "Manejo de Peligros Industriales" y Occupational Health and Safety Guidelines del Banco Mundial.)

Se deben fijar normas para las emisiones y efluentes de la planta, en base a los reglamentos nacionales, si existen; caso contrario, deben establecerse de acuerdo a los lineamientos del país, y caso estos no existan se deben usar lineamientos de países más avanzados en el tema. Las agencias gubernamentales que tienen la responsabilidad de monitorear la operación de los equipos de control de la contaminación, la calidad del aire y el agua, implementar las normas, y vigilar las actividades de eliminación de desperdicios, deben disponer de equipos necesarios y autoridad para hacerlo. Puede ser necesario dar capacitación especial. La evaluación ambiental debe incluir una valorización de la capacidad local en este respecto, y recomendar la incorporación, en el proyecto, de los elementos apropiados de asistencia.

Monitoreo

Son necesarios los planes de monitoreo para la planta y el sitio. En general, los planes para las fábricas de hierro y acero deben contemplar el monitoreo de los siguientes aspectos:

• emisiones de partículas, dióxido de azufre, monóxido de carbono, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, arsénico y cianuros
• parámetros del proceso que comprueban la operación adecuada de los equipos de mitigación de la contaminación atmosférica
• la opacidad del gas de escape y la eficiencia de la combustión (casa de calderas, generación de energía eléctrica)
• la calidad del aire del lugar de trabajo, según el tipo de planta y proceso: dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno
• la calidad del aire ambiental, a favor del viento, alrededor de las plantas para verificar la presencia de contaminantes y partículas
• la calidad de las aguas de recepción, aguas abajo, para controlar la presencia de oxigeno disuelto, pH, y los contaminantes correspondientes y los sólidos suspendidos
• control de las corrientes de desechos líquidos de las plantas y tanques de sedimentación, para detectar los sólidos suspendidos, pH, contaminantes pertinentes, Demanda de Oxígeno Bioquímico, aceite y grasa
• descargas de agua lluvia para detectar la presencia de aceite y grasa y, sólidos suspendidos
• efectos sobre el agua freática y superficial de las prácticas de almacenamiento de los desechos sólidos
• las áreas de trabajo de todas las plantas, a fin de control los niveles de ruido:
• niveles de ruido fuera de la planta
• cumplimiento de los procedimientos de seguridad y de control de la contaminación.

Potenciales impactos negativos - Medidas de atenuación

Impactos Negativos Potenciales	Medidas de Atenuación
Directos: Selección de Sitio	-
1. Ubicación de la planta en o cerca del hábitat frágil: manglares, esteros, humedales y arrecifes de coral.	Ubicar la planta en una área industrial, de ser posible, a fin de reducir o concentrar la carga sobre los servicios ambientales locales y facilitar el monitoreo de los efluentes. Integrar la participación de las agencias de los recursos naturales en el proceso de la selección del sitio, a fin de estudiar las alternativas.
2. Ubicación junto a un río, causando su eventual degradación	El proceso de selección del sitio debe examinar las alternativas que reduzcan los efectos ambientales y no excluyan el uso beneficioso de la extensión de agua. Las plantas que producen descargas líquidas no deben ubicarse sino en los ríos que tengan la capacidad adecuada para absorber los desechos.
3. La ubicación puede causar serios problemas de contaminación atmosférica en el área local.	Ubicar la planta en un área más alta que la topografía local, que no esté sujeta a inversiones y donde los vientos predominantes se dirijan hacia las áreas relativamente despobladas.
4. Ubicación puede agravar los problemas que se relacionan con los desechos sólidos en el área.	La selección del sitio debe evaluar la ubicación según los siguientes lineamientos: la planta debe estar cerca de un sitio adecuado para la eliminación de desechos; el lote debe tener un tamaño suficiente que permita eliminar los desechos en el sitio; la ubicación debe ser conveniente para que los contratistas públicas/privadas puedan recolectar y transportar los desechos sólidos al sitio donde serán eliminados definitivamente; reutilizar o reciclar los materiales para reducir el volumen de desechos.
Directos: Operación de la Planta	-
5. Contaminación hídrica debido a los efluentes, agua de enfriamiento y escurrimiento de las pilas de desechos. Planta: Sólidos Totales Suspendidos, aceite y grasa, amoníaco, nitrógeno cianuro, fenoles, benceno, naftaleno, benzo-a-pirita, pH, plomo, cinc. Escurrimiento de las pilas de acopio de materiales: Sólidos Totales Suspendidos, pH, metales.	El análisis de laboratorio de los efluentes debe tomar en cuenta los sólidos Totales Suspendidos, aceite y grasa, amoníaco, nitrógeno cianuro, fenoles, benceno, naftaleno, benzo-a-pirita, pH y monitorear la temperatura in-situ. Todas las plantas No debe haber ninguna descarga de agua de enfriamiento. Si no es factible reciclarla, se la puede descargar, siempre que la temperatura de la extensión de agua que la recibe no suba más de 3°C Mantener el pH del efluente entre 6.0 y 9.0 Controlar el efluente, para que cumpla con las limitaciones del Banco u otros lineamientos (p.ej. Agencia de Protección Ambiental EPA 40 CFR 420), según el proceso específico. Áreas para las Pilas de Acopio de los materiales y Eliminación de los Desechos Sólidos Reducir al mínimo la filtración incontrolable de la lluvia a través de los montones. Revestir las áreas de almacenamiento abiertas;
6. Emisión de partículas a la atmósfera provenientes de todas las operaciones de la planta.	Controlar las partículas con filtros recolectores de tela o precipitadores electroestáticos
7. Emanaciones gaseosas de SO2 y CO a la atmósfera, provenientes de la producción de coque y quema de los combustibles	Controlar mediante el lavado con soluciones alcalinas Hacer un análisis de las materias primas durante la etapa de factibilidad del proyecto para determinar los niveles existentes de azufre y diseñar los equipos adecuados para controlar las emisiones. Lavar, reciclar y reutilizar el monóxido de carbono
8. Liberación casual de solventes y materiales ácidos y alcalinos, que son potencialmente peligrosos.	Mantener las áreas de almacenamiento y eliminación de desechos en buen estado, de modo que se prevengan las fugas casuales. Proveer los equipos para mitigar los derrames, utilizar tanques de doble pared y/o diques alrededor de los tanques.
9. El escurrimiento superficial de los componentes, materias primas, carbón, cinc, y otras substancias que, a menudo se guardan en pilas en el patio de la planta, puede contaminar las aguas superficiales o filtrarse	Cubrir y/o forrar las áreas de almacenamiento (especialmente las pilas de yeso) para controlar la filtración y escurrimiento de las aguas lluvias hacia las aguas freáticas y supericiales Las áreas represadas deben tener un tamaño suficiente que les permita contener una lluvia normal de 24 horas.
Indirectos	-
10. La frecuencia de los accidentes es mayor que lo normal, debido al bajo nivel de experiencia de los trabajadores.	Identificar, evaluar, monitorear y controlar los peligros para la salud y seguridad; Dar capacitación sobre la seguridad
11. Se complica el problema de la eliminación de los desechos sólidos en la región debido a la falta de almacenamiento en el sitio, o de instalaciones para su eliminación definitiva.	Planificar las áreas adecuadas para la eliminación en el sitio, luego de verificar si tiene lixiviados
12. Se alteran los modelos de tránsito, creando ruido y congestión, y ocasionando serios peligros para los peatones, debido al uso de camiones pesados para transportar la materia prima y combustible hacia la planta o fuera de ella.	En la instalación, se debe desarrollar un Programa de Seguridad y Salud, para identificar, evaluar y controlar los peligros para la seguridad y la salud. Debe tener un nivel adecuado de detalle para tratar los peligros de salud y seguridad de los trabajadores y protegerlos, incluyendo cualquiera de los siguientes puntos, o todos: Se debe hacer un análisis del transporte durante el estudio de factibilidad del proyecto para seleccionar las mejores rutas y reducir los impactos. Establecer reglamentos para los transportistas y diseñar planes contingentes de emergencia para reducir el riesgo de accidentes.

Referencias

• Banco Mundial. 1983. Effluent Guidelines for the Iron and Steel Industry, Office of Environmental Affairs. Washington D.C.: Banco Mundial.

• Kendrick, D.A., A. Meeraus, y J Alatore. 1984. Planning of Investment Programs in the Steel Indua=. Volumen III. Baltimore, Maryland: The John Hopkins University Press.

• Schueneman, Jean J., M.D. High, y W.E. Bye. 1963. Air Pollution Aspects of the Iron and Steel Industly. Public Health Series Publication 999 AP 1. Washington D.C.: United States Department of Health and Human Services.

• United States Environmental Protection Agency. Effluent Guidelines for Iron and Steel Manufactuting, (40 CFR 420).

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