Propuesta de mejora ambiental en el proyecto de una

Planta de Producción de Acero Galvanizado en Angola

Proposal for environmental improvement in the project of a

Production Plant of Gavanised Steel in Angola

Dra. Yudith González DiazI, Dr. Luis Pires AraújoII, Ing. Zita Domingos António
SimãoII

I:Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería Química. Universidad De

Oriente, Cuba. yudith@fiq.uo.edu.cu
II:Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad Agustino
Neto, Luanda. Angola

Resumen

Aprovechando el hecho de ser Angola rico en recursos de cinc y la necesidad de

revolucionar el sector industrial local, se realizó el anteproyecto de una planta de
producción de acero galvanizado pero esta industria constituye una creciente
preocupación ante los desequilibrios que pueda ocasionar al ambiente. Su proceso
productivo requiere sustancias químicas catalogadas como peligrosas y altas
temperaturas, representando condiciones de riesgo a las personas e instalaciones, por
la probabilidad de ocurrencia de accidentes en su manejo, así como un potencial
impacto al ambiente, por la generación de descargas de diversa índole. Consciente de
estos problemas el objetivo de este trabajo fue desarrollar las propuestas que
permitan reducir, en el nuevo proyecto de Planta de Galvanizado, la generación de
residuos y minimizar el impacto al ambiente, logrando así una mejor calidad en su
producto final y una mayor confiabilidad del cliente, por ser éste es uno de los
requisitos para la certificación ISO 14000, llegando así a una Producción más Limpia
(PML). Del balance de materiales, se determinaron como residuos problemáticos el
ácido, los gases y vapores generados en el decapado, gases y vapores en el
galvanizado, los lodos generados en el tratamiento del flux, la mata y las cenizas de
cinc. Se consideran como opciones importantes a la reducción de residuos a largo
plazo la instalación de nuevas tecnologías, tales como campanas de extracción de
gases, sistema de regeneración interna de flux y una mampara con filtros de manga;
asegurando de esta manera la reducción de los residuos peligrosos generados en el
proceso.

Palabras clave: galvanizado, producción más limpia, impacto ambiental.

Abstract

Taking advantage of the fact that zinc rich in resources and the need to revolutionize
the local industrial sector Angola, the draft of a production of galvanized steel but this
industry is a growing concern about the imbalances that may cause to the environment
was performed. Its production process requires designated hazardous chemicals and
high temperatures, conditions representing risk to people and facilities, the probability
of occurrence of accidents in handling and potential impact on the environment, for the
generation of discharges of various kinds. Aware of these problems, the objective of
this work was to develop proposals to reduce, in the new draft Galvanizing Plant, waste
generation and minimize the impact on the environment, thus achieving a better
quality final product and increased reliability customer, as this is one of the
requirements for ISO 14000 certification. Material balance were determined as
problematic acid residues, gases and vapors generated in pickling, gases and vapors in
galvanizing sludge generated in the treatment of flux, matte and zinc ashes. Are
considered important options to reduce long-term waste installation of new
technologies, such as hoods, gas regeneration system of internal flux and a screen
with bag filters; thus ensuring the reduction of hazardous waste generated in the
process.

Keywords: galvanizing, cleaner production, environmental impact.

INTRODUCCION

El acero es hasta el momento el metal más comúnmente empleado hoy en día en el

mundo. Satisface la mayor parte de las demandas provenientes de las principales
industrias en términos de calidades técnicas y económicas. Sin embargo, existen una
serie de limitaciones. Así, los aceros comunes no son muy resistentes a la corrosión.
Las estructuras de acero no protegidas aparecerán cubiertas de óxido en días, incluso
en horas después de su exposición a la humedad.

Generalmente, la función de las estructuras de acero es la de soporte de la carga, por

lo que una exposición prolongada puede dar lugar a daños en la integridad de la
estructura con el consiguiente costo de reparación y/o sustitución.

El galvanizado es uno de los métodos que se utilizan para mejorar la resistencia a la

corrosión del acero (y de las aleaciones de hierro) mediante un pequeño recubrimiento
sobre la superficie. Este tipo de solución es efectiva en un amplio rango de ambientes
corrosivos.

El galvanizado se utiliza casi exclusivamente para describir la formación de un

recubrimiento de cinc sobre piezas de acero o de hierro fundido, sumergiéndolas en un
baño de cinc fundido.

El proceso de galvanización en caliente, está entre las técnicas más tradicionalmente

utilizadas para protección del acero contra la corrosión, en función de las propiedades
conferidas al acero, a un costo relativamente bajo.
Aprovechando el hecho de ser Angola un país rico en recursos de cinc (Simão, 2012) y
la necesidad de revolucionar el sector industrial local, se realizó el anteproyecto de
una planta de producción de acero galvanizado. Pero al igual que otros procesos del
sector de tratamiento de superficies la galvanización en caliente tiene numerosos
problemas ambientales: genera emisiones, vapores y partículas a la atmósfera,
vertidos alcalinos y ácidos con metales, contaminación de suelos por escurridos y
derrames, así como la generación de residuos y subproductos (Chávez, 2009) por lo
que constituye una creciente preocupación ante los desequilibrios que pueda ocasionar
al ambiente.

Conscientes de estos problemas, el objetivo que persigue este trabajo es desarrollar

las propuestas que permitan reducir en el nuevo proyecto de Planta de Galvanizado, la
generación de residuos y minimizar el impacto al ambiente, logrando así una mejor
calidad en su producto final y una mayor confiabilidad del cliente, por ser éste uno de
los requisitos para la certificación ISO 14000.

Los objetivos específicos del trabajo son:

 Identificar los efluentes que se generan en la planta para disponer

adecuadamente de cada uno de ellos.
 Conocer la composición química de los residuales producidos en el proceso.
 Plantear las posibles soluciones para el manejo adecuado de los desechos
generados en la planta.
 Proponer medidas preventivas para reducir los impactos ambientales
relacionados con el proceso.

MATERIALES Y METODOS

Dentro del proceso de galvanización, como en cualquier actividad industrial, una

medida de comparación del proceso de producción, son los balances de masa y
energía.

El balance de las materias empleadas, así como su distribución entre productos,

residuos/subproductos, aguas residuales y emisiones atmosféricas, sirve para poder
determinar el destino de las sustancias empleadas y para detectar los puntos débiles
del proceso que permitan reducir el consumo de materias primas y la generación de
residuos con los resultantes ahorros económicos.

Los balances de masa del sector industrial de la industria de galvanización, dependen

de la clase de piezas a galvanizar, del objetivo final de la galvanización y del material
utilizado para el recubrimiento, debido a que en uno u otro caso, tanto las etapas del
proceso como las cantidades de materias primas y de insumos a utilizar son diferentes.
Las piezas a galvanizar serán los materiales utilizados en estaciones transformadoras
eléctricas: angulares de diversa longitud y espesor y casquillos. La capacidad de la
planta será de 30 ton/h; se trabajaran 8 h por día y 300 días por año, en este
contexto, la planta tendrá capacidad para galvanizar 72 000 ton de piezas de acero por
año.
En la realización de los balances de masa y energía se emplearon los valores medios
de eficiencia reportados en la bibliografía y los datos ofrecidos por la empresa HASCO-
THERMIC, empresa fabricadora de equipamientos de galvanización en caliente, que fue
la fuente de la cotización de los equipamientos de la planta propuesta.

En la figura se muestra sinópticamente el flujo de materias de la empresa.

El segundo paso es la caracterización de residuos problemáticos. El balance de

materiales debe usarse para enfocar sus prioridades hacia una reducción de residuos a
largo plazo.

El tercer paso es el desarrollo de opciones de reducción de residuos a largo plazo. Los

problemas de residuos que no puedan resolverse por ajustes simples de procedimiento
o mejoras en las prácticas de mantenimiento del sitio, requerirán cambios más
sustanciales.

Figura. Flujo de materias en la empresa propuesta

Es necesario desarrollar posibles opciones de prevención para los problemas de

residuos como son: cambios en el proceso, o en la producción, que puedan
incrementar su eficiencia y reducir la generación de residuos. La reutilización de
residuos con frecuencia puede ser implementada si es posible.

RESULTADOS Y ANALISIS

En la tabla 1 se presentan las cantidades de los subproductos generados en el proceso

y su composición.

Tabla 1
Composición de los residuos/subproductos y emisiones

Grupo de Denominación del Cantidad Composición

subproducto subproducto
s
R1* Lodo de aceite 0,02 kg/t** Desengrasantes, aceite y
 grasas, impurezas sólidas,
agua
R2* Baño de desengrase 1,29 kg/t** Desengrasante, grasa e
agotado aceite emulsionado, hierro
soluto, agua
R3* Baño de decapado 68,72 Ácido residual (HCl), água,
agotado kg/t** cloruro de hierro e de cinc,
grasas y aceites arrastrados
R4* Lodos de Fe(OH)3 1 kg/t** Fluxantes (ZnCl2, NH4Cl,
sales de hierro), agua, aceite
y grasas
arrastrados
R5* Sedimentos de cinc 12,25 Cinc, hierro
kg/t**
R6* Ceniza de cinc 15,12 Cinc, fluxagem, óxido de cinc
kg/t**
R7* Polvo de la 0,37 kg/t** Componentes del fluxado,
depuración del aire óxido de cinc
de salida
R8 Acero galvanizado 4,64 kg/t** Acero, cinc
A1* Aire depurado, aire HCl, gaseoso, componentes
de salida de la nave del fluxado
A2* Gases de humo de la CO2, CO, SO2, NOx, H2O
calefacción del horno
A3* Gases de humo CO2, CO, SO2, NOx, H2O
enfriados de la
calefacción del crisol

* Materiales con sustancias peligrosas para el medio ambiente

**Cantidad relativa a las piezas galvanizadas

De los resultados obtenidos del balance de materiales se señalan como residuos

problemáticos los siguientes:

 El ácido exhausto, proveniente de los baños de decapado constituye uno de los

mayores problemas de eliminación en el taller de galvanizado por inmersión. La
alta generación de estos baños para el caso del decapado se debe a diversos
factores, como son: elevadas concentraciones de ácido clorhídrico en el baño,
alto grado de oxidación y sobredecapado de las piezas.
 Los gases y vapores generados en el decapado y en el galvanizado representan
un gran problema ambiental.
 Es de gran importancia atacar de manera eficaz la emanación de los gases de
ácido clorhídrico, que se desprenden del tanque de decapado, ya que las
concentraciones en el ambiente pueden exceder los valores permisibles por la
normativa ambiental, causando serios daños tanto ambientales como a nivel de
higiene ocupacional. Otra de las emisiones de alta prioridad de reducción es la
emisión de plomo que se genera por el mal manejo de las cenizas de zinc, al
momento de ser retiradas del baño de zinc.
 Los lodos generados en el tratamiento del flux constituyen otro residuo
problemático.
Por último, la mata es un residuo sólido que consiste en una aleación de zinc-hierro,
cuya composición es aproximadamente 95% de zinc y 5% de hierro. La principal
causa de formación de mata es la reacción entre la propia pieza y el zinc fundido. La
ceniza es el óxido de zinc que se forma sobre la superficie del baño de zinc fundido. El
contenido de zinc fundido en la ceniza puede superar el 80% del peso total de la
misma. Estas cenizas se producen por la perturbación de la superficie del zinc fundido
en contacto con el aire. También se forma esta ceniza por reacción con el flux que
puedan contener las piezas, por lo que su composición principal será cloruro de cinc y
óxido de zinc. La eliminación incorrecta de esta ceniza puede conducir a pérdidas
significativas de zinc.

DESARROLLO DE OPCIONES DE REDUCCION Y/O TRATAMIENTO

DE RESIDUOS A LARGO PLAZO

A continuación se plantearán una serie de opciones que pueden incrementar la

eficiencia del proceso y la disminución total o parcial de los residuos restantes, para
algunos de los casos se proponen soluciones tecnológicas.

En la tabla 2 se muestra un resumen de las opciones para la disposición final del ácido
exhausto.

Tabla 2
Resumen de las opciones de disposición final del ácido de decapado exhausto

Opciones de Inversión Ventajas Desventajas

disposición final
Contratación de los No Se reutiliza el ácido En el país no hay empresas
servicios de un exhausto como materia debidamente certificadas
gestor autorizado. prima para otros para la realización de estas
procesos. actividades.
Regeneración del Si Reduce en un 100% el No presenta ninguna
ácido exhausto por impacto ambiental, desventaja técnica.
separación al vacío. además de reutilizarlo
para el proceso.
Neutralización con Si No presenta ninguna Se genera un desecho
una solución de cal. ventaja. peligroso, adicionalmente
no presenta ningún ahorro
de costos

Si comparamos las tres opciones anteriormente planteadas desde el punto de vista

económico y ambiental, puede observarse que la más conveniente es la regeneración
del ácido exhausto por el proceso de separación al vacío, ya que se obtiene un proceso
más limpio. A su vez esta opción garantiza el cumplimiento de las normativas
ambientales vigentes.

En la tabla 3 se muestra un resumen de las alternativas para la reducción de las

emisiones gaseosas del decapado.
 Tabla 3
Resumen de las alternativas para la reducción de las emisiones gaseosas del decapado

Opciones de Inversión Ventajas Desventajas

disposición final
Utilización de un Si Reduce las emisiones No se reducen por
Antivapor en un 70 %, reduce los completo las emisiones
costos de
mantenimiento
Instalación de una Si Reducen las emisiones No presenta ninguna
campana de en un 100%, reduce desventaja técnica
extracción de gases los costos de
mantenimiento de la
planta.

Es evidente que la inversión inicial en la campana de extracción de gases será mayor

que la inversión inicial del Antivapor, ya que se refiere a un equipo, pero debe tenerse
en cuenta que esta inversión solo se hará una vez mientras que la del Antivapor debe
hacerse periódicamente, además que los costos que no pueden cuantificarse en este
momento como lo son la salud y seguridad de los empleados se reducen al mínimo con
la instalación de la campana de extracción.

El lodo de hidróxido de hierro es el único residuo que se genera en el baño de flux, la

reducción de este residuo viene dada por la realización de un buen lavado de las piezas
antes de ser sometidas al baño de flux. La generación de este lodo como residuo se
debe a que la acumulación de más de 15 g/L de hierro en el baño de flux hace
necesaria la regeneración interna del mismo, ya que las condiciones de trabajo en el
flux no permanecen constantes.

Por tal motivo, se plantea instalar un equipo de regeneración interna automatizado de

baños de flux, que permite eliminar el hierro contenido en la solución y ajustar
constantemente el pH de la misma. Para ello, se lleva parte del baño a una cuba de
reacción a la que se le añade peróxido de hidrógeno y amoniaco en función del pH y el
potencial redox (rH), previamente determinados. El hierro III precipitado se concentra
en el decantador, construido de material plástico para evitar oxidaciones o posibles
acumulaciones de gas y se elimina a través de un filtro prensa; el flux clarificado se
bombea de regreso al baño del proceso. La solución que se extrae del filtro prensa
también se devuelve al baño. Como operación alternativa puede procederse al lavado
de los lodos, con el fin de reducir su toxicidad, mediante la adición de agua que se
hace pasar a través de los mismos en el filtro prensa, la solución resultante se
devuelve al baño de flux.

La reducción de las emisiones de clorhídrico se reducirán mediante la utilización de

inhibidores de corrosión y tensoactivos junto con el mantenimiento de una adecuada
relación entre la concentración de ácido y de cloruro ferroso en los decapados. Durante
la inmersión de las piezas en zinc fundido se generan emisiones de partículas sólidas
en suspensión, que son captadas y filtradas a través de un filtro de mangas,
recuperando el polvo para el proceso.

Las matas de zinc, las cenizas y las salpicaduras de zinc, tienen un potencial de
valorización muy alto debido a su elevado contenido en zinc, por lo que su destino va a
ser las propias fundiciones de zinc.
Aunque el aspecto medioambiental se tuvo en consideración para la realización del
proyecto de la Planta de Producción de Acero Galvanizado en Angola, es imposible que
no haya ningún impacto ambiental negativo en las regiones próximas a la industria. Y
es justamente por eso, que este trabajo promueve medidas preventivas que son
benéficas al Medio Ambiente. Esas medidas preventivas, podrán ser:

 Instalación de filtros en las chimeneas y salidas de fluidos

 Tratamiento del agua usada en las dependencias de la empresa
 Promoción de cursos sobre Medio Ambiente y Seguridad Industrial para los
funcionarios
 Promoción de ferias del Medio Ambiente para la población que vive en las
cercanías de la empresa
 Ayuda en el desarrollo de las poblaciones próximas a la empresa
 Pesquisas en el área de nuevas tecnologías para disminuir aún más el impacto
ambiental

Con independencia de los beneficios ambientales descritos anteriormente, se valoran

otra serie de ventajas asociadas a la implantación de su plan de acción medioambiental
y del sistema de gestión medioambiental:

 Cumplimiento de la legislación
 Desarrollo tecnológico
 Optimización de la eficiencia de procesos
 Mejora de las relaciones laborales
 Posicionamiento de mercado
 Imagen ante la sociedad

CONCLUSIONES

Del trabajo realizado se obtuvieron las siguientes conclusiones:

1. De los resultados obtenidos del balance de materiales se señalan como residuos

problemáticos los siguientes: el ácido exhausto, proveniente de los baños de
decapado, los gases y vapores generados en el decapado y en el galvanizado, los lodos
generados en el tratamiento del flux y como residuos sólidos la mata y la cenizas de
cinc

2. La opción de disposición final del ácido de decapado exhausto más conveniente es

la regeneración del ácido exhausto por el proceso de separación al vacío, ya que se
obtiene un proceso más limpio.

3. La mejor alternativa para reducir los niveles de ácido clorhídrico en el ambiente de

trabajo es instalar un sistema de campanas de extracción de gases en las operaciones
de decapado y de quemado.

4. La instalación de un sistema automatizado de regeneración interna de flux

representa aspectos muy ventajosos, como lo son la reducción de matas, mantiene
constante las condiciones de operación del flux, disminuye la cantidad de piezas
galvanizadas con problemas de calidad y reduce el consumo de HCl.
5. Las matas de cinc, las cenizas, de cinc, y las salpicaduras de cinc tienen un potencial
de valorización muy alto debido a su elevado contenido en cinc, por lo que su destino
va a ser las propias fundiciones de cinc.

6. Aunque el aspecto medioambiental se tuvo en consideración para la realización del

proyecto de la Planta de Producción de Acero Galvanizado en Angola, es imposible no
haber ningún impacto ambiental negativo en las regiones próximas a la industria. Y es
justamente por eso, que este trabajo promueve medidas preventivas que son
benéficas al Medio Ambiente. Ésas medidas preventivas, van desde la instalación de
filtros, hasta cursos que visan mejorar la calidad del funcionamiento de la empresa,
principalmente para los propios funcionarios.

BIBLIOGRAFIA

1. CHÁVEZ, Álvaro; CRISTANCHO, Diana Lucía; OSPINA, Édgar. "Una alternativa limpia
para el tratamiento de las aguas residuales galvánicas: Revisión Bibliográfica" Revista
Ingenierías Universidad de Medellín. 2009, Vol 8, Nº 14, pp. 39- 50. Colombia

2. COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN. "Recubrimientos galvanizados en caliente

sobre productos acabados de hierro y acero. Especificaciones y métodos de ensayo".
Madrid: AENOR, 1999.

3. SIMÃO, Zita; "Anteprojecto de uma unidade de produção de aço galvanizado".

Universidad Agostinho Neto, Angola, 2012.