D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento concebido para eliminar el cinc contenido en la chatarra galvanizada compactada, que usualmente es aportada como materia prima para fusión en fundiciones y acerías. Es también objeto de la invención recuperar el cinc eliminado de dicha chatarra, para posterior comercialización en estado puro y sólido. El procedimiento se basa en producir, mediante calentamiento por inducción, la evaporación del cinc, estando esa evaporación asistida por vacío, para someter seguidamente los vapores a un proceso de condensación para conseguir la solidificación del cinc.

Es igualmente objeto de la invención la instalación correspondiente para la puesta en práctica del procedimiento, instalación que comprende un horno de inducción en el que tiene lugar el calentamiento de la chatarra, y un condensador al que accede el cinc evaporado, para la condensación de éste. La instalación comprende además una bomba de extracción de los vapores producidos, para su paso al condensador, así como medios para aplicar el vacío durante el proceso de evaporación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la industria metalúrgica es bien conocido el

problema provocado por el cinc presente en la chatarra galvanizada, habiéndose desarrollado métodos correctivos para procesar los polvos de acería, es decir eliminando su toxicidad y recuperando productos derivados del hierro, cinc, plomo, etc. Sin embargo, a nivel comercial no se conocen sistemas preventivos que permitan eliminar y recuperar el cinc en cabecera, es decir, antes del proceso de fusión. Evidentemente, para cumplir la actual legislación, es necesario procesar los polvos de acería, eliminado su toxicidad antes de que alcancen el vertedero.

Ahora bien, son numerosos los problemas que quedan sin resolver mediante los actuales procesos, problemas que pueden resumirse en los siguientes : - Impacto medioambiental : el cinc contenido en las cargas de fusión aparece como un componente altamente tóxico (polvo de óxido de cinc) en los humos del proceso, que en el caso de las acerías supone, con un 24% en peso, el segundo componente mayoritario (después del hierro) del polvo que se recoge al filtrar los humos.

- Impacto sobre la calidad metalúrgica de las fundiciones : el cinc contenido en la chatarra constituye una impureza en el caldo de fusión, lo que provoca un deterioro de las propiedades mecánicas de las piezas de fundición obtenidas.

- Impacto sobre los refractarios : el cinc produce un acusado deterioro del refractario que recubre las paredes de los hornos de fusión, provocando una disminución de la

duración del mismo, agrietamientos, y posibles desprendimientos de parte del citado refractario.

Impacto sobre la higiene y las condiciones de trabajo : el cinc se acumula en forma de polvo blanco (óxido de cinc) en los techos de las naves de trabajo en las fundiciones, originando un considerable problema toxicológico, pudiendo provocar en los trabajadores la denominada"fiebre del fundidor", enfermedad similar a una gripe de carácter severo, y en general problemas de tipo respiratorio.

Es decir, mediante el procesado de los polvos recogidos en los filtros de humos de fundiciones y acerías no se previene el deterioro del refractario, ni la disminución de la calidad de las piezas de fundición, ni tampoco se soluciona la mala calidad del aire en las naves de fusión, puesto que la carga sigue conteniendo cinc.

No obstante, seguidamente se van a comentar una serie de Patentes en las que se describen procesos de eliminación del cinc.

En tal sentido, en la Patente belga BE 1005294 se describe un procedimiento para eliminación del cinc, que se basa en que el calentamiento de la chatarra se realiza a una temperatura igual o superior a la de vaporización del cinc, efectuándose el calentamiento por inducción eléctrica a alta frecuencia. En este proceso no se describe el tipo de horno utilizado, ni se especifica el modo de condensar los vapores, ni se comenta el tipo de chatarra (procedencia, compactada o no, etc.). El

calentamiento se realiza en atmósfera neutra (nitrógeno) o ligeramente reductora, debido a que se produce también el quemado de los aceites y grasas de la chatarra.

En la Patente japonesa JP 6287657 A2, se describe un método a base de un tratamiento en vacío, aunque en este caso no se hace alusión a ningún tipo de calentamiento ni horno concreto, patente que está basada en meros fundamentos teóricos de la separación del cinc y el acero, por diferencia del punto de vaporización, no comentándose tampoco si la chatarra está compactada o no, aunque se hace alusión a que la chatarra procede de recortes de la industria del automóvil y que se utiliza como materia prima para fundición. En esta patente japonesa se describe una forma de eliminar aceite, agua, polvo, etc., a base de un calentamiento en un ambiente atmosférico entre 400-450°C, produciéndose seguidamente un calentamiento en vacío a 500-900°C, para luego efectuar la solidificación de los vapores de cinc en el mismo grado de vacío, o a una temperatura menor de 400°C, refiriéndose la patente a una"sublimación en vacío".

En una segunda Patente japonesa JP 7048632 A2 se describen tres ejemplos prácticos de procesos o ensayos previstos para eliminar no sólo el cinc, sino también el estaño, el cobre, etc., de chatarra galvanizada de automoción, basándose los tres procesos en calentar la chatarra a una temperatura mayor de 550°C y menor de 1.300°C, aludiendo a que las condiciones óptimas corresponden a aquellas en que el calentamiento se efectúa a baja presión y con condiciones antioxidantes.

En una tercera Patente japonesa JP 5125458 A2, se describe otro método de eliminar el cinc de la chatarra, mediante su evaporación y"dispersión"posterior, diciendo

que se cliente la chatarra entre 800 y 1.200°C en una atmósfera definida por la relación CO2/CO entre 0,01 y 1, de manera que la razón del intervalo de temperatura corresponde a que si la temperatura es menor de 800°C dice producirse ZnO debido al C02, mientras que si la temperatura es mayor de 1.200°C se dice que el gasto energético resulta excesivo. En este método la atmósfera citada dice que se consigue introduciendo en el horno carbono sólido o hidrocarburos líquidos o gaseosos, formándose el carbono sólido por la introducción de un gas oxidante, produciéndose el ambiente con la relación deseada CO2/CO, aludiendo a que el horno es giratorio con calentamiento externo pero sin especificar de qué tipo. En cualquier caso en esta Patente japonesa no se ve claro el que se produzca una recuperación del cinc, ya que al parecer dicho cinc se dispersa en el gas de combustión que se produce en el horno, gas que se evacua del horno de forma continúa, hablando después de un sistema de tratamiento de dicho gas de escape y de filtros de mangas, pudiendo ocurrir que el cinc se encuentre en forma de polvo inmerso en el gas de escape, siendo dicho polvo recogido en filtros de mangas, no haciéndose alusión en ningún momento a la condensación del cinc.

En otra Patente japonesa JP 6184657 A2 se describe un sistema de eliminación de cinc, el cual resulta muy sofisticado y con muchos componentes, basándose en el calentamiento de la chatarra en vacío para evaporar el cinc, y su posterior condensación en una cámara de recuperación refrigerada por agua, aludiendo a que la chatarra circula cargada en unos cestones a través de un canal con solera de rodillos, calentado por medio de "calentadores"dispuestos en las paredes del horno, sin especificar el método de calentamiento y sin decir si los calentadores son resistencias calefactoras, como tampoco

se habla del estado en que se aporta la chatarra dentro de las cestas.

Finalmente, en la Patente japonesa JP 6287658 A2 se describe una estructura de recuperación del cinc obtenido en el procedimiento de la Patente anteriormente referida, estructura que se basa en una caja que se puede extraer fácilmente para recuperar el cinc condensado, y que se va depositando sobre las paredes, disminuyendo por tanto la eficacia de condensación, de manera que la entrada a un condensador se encuentra calefactada para evitar la condensación antes de llegar al recuperador propiamente dicho.

En todos los casos existe un procedimiento de eliminación de cinc, a base del calentamiento de la chatarra, pero con unas formas diferentes de efectuar el proceso.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El procedimiento que se preconiza, se ha concebido para eliminar el cinc contenido en chatarra galvanizada compactada, así como para recuperar ese cinc en estado puro para su posterior uso comercial, llevándose a cabo el procedimiento con anterioridad a la fusión de la chatarra.

El procedimiento en cuestión consiste en calentar por inducción y en vacío la chatarra, hasta una temperatura inferior siempre a la temperatura normal de vaporización del cinc (906°C) manteniéndose dicha temperatura hasta la total eliminación del cinc, ya que el calentamiento produce una evaporación selectiva del cinc frente al acero, con la particularidad de que la

aplicación de vacío permite reducir sustancialmente la temperatura necesaria para la evaporación del propio cinc, según la curva de tensión de vapor de dicha sustancia, a la vez de que el vacío previene la oxidación del cinc, lo que dificultaría la evaporación del mismo al formarse ZnO.

Para la puesta en práctica del procedimiento se utiliza una instalación que comprende un horno de inducción en el que está establecida una cámara de vacío en la que tiene lugar el proceso de calentamiento, efectuándose la práctica del vacío mediante una bomba, así como una torre de condensación del cinc, al que acceden los vapores por extracción de éstos, desde el propio horno, torre de condensación que se encuentra refrigerada por agua, existiendo la posibilidad de recircular los vapores por medio de un ventilador de construcción estanca.

La instalación se complementa con un armario de fuerza y de control, en el que están situados los correspondientes aparatos y mandos para el funcionamiento y control de la instalación.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una representación esquemática correspondiente a una instalación y a una vista en sección de la torre de condensación, en donde puede verse lo siguiente :

La figura 1.-Muestra la representación esquemática de la instalación, con un horno de inducción que permite el tratamiento de la chatarra galvanizada compactada, estando asociado ese horno de inducción a un armario de control y a una torre de condensación del cinc, conectada ésta a una bomba de vacío.

La figura 2.-Muestra una vista en sección correspondiente a la torre de condensación de cinc, con la correspondiente entrada de vapores, agua de refrigeración y salida de ésta.

La fígura 3.-Muestra la curva de tensión de vapor del cinc.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Como ya se ha dicho a lo largo de la presente descripción, el procedimiento de la invención está previsto para eliminar el cinc contenido en chatarra galvanizada compactada, basándose en un calentamiento previo en vacío de dicha chatarra antes de su incorporación al proceso de fusión, produciéndose mediante tal calentamiento una evaporación selectiva del cinc frente al acero, a una temperatura menor que la temperatura de evaporación del cinc a presión atmosférica (906°C), todo ello de manera que la condensación del cinc evaporado en un ambiente de menor temperatura constituye una última etapa del proceso y posibilita la recuperación y posterior revalorización del cinc metálico sólido de gran pureza.

Previamente a la fase de evaporación selectiva del cinc, la chatarra compactada se introduce en el horno de inducción, donde es sometida a un pretratamiento a baja

temperatura (entorno a los 100° C) en presencia de vacío (aproximado 5 mbar) para la previa eliminación de la humedad y de los aceites que impregnan la chatarra.

Tras el pretratamiento comentado, se inicia la fase de eliminación propiamente dicha del cinc, en la que, como se ha indicado antes, la chatarra compactada se calienta en el horno de inducción hasta una temperatura inferior a la temperatura de vaporización del cinc. Tal calentamiento se produce en vacío que, opcionalmente, en función de la temperatura de trabajo elegida, que se mantendrá constante durante todo el proceso de evaporación del cinc, estará entre 2 y 5 mbar. La figura 3, muestra la curva de tensión de vapor del cinc, en la que se observa que a una presión de 5 mbar la temperatura necesaria para evaporar el cinc se reduce de 906°C a 550°C.

La instalación para la puesta en práctica de dicho procedimiento, representada en la figura 1, comprende un horno de inducción (1) en cuyo interior se producirá el calentamiento de la chatarra galvanizada compactada (2), debidamente situada sobre un soporte (3). Además, en ese horno (1) se dispondrá una bobina inductora (4) constituida en perfil especial de cobre eletrolítico, incluyendo además un juego de núcleos magnéticos (5) para apantallado del campo inductor.

En ese horno de inducción (1), el calentamiento, a una temperatura inferior en todo caso a 906°C, y bajo vacío, produce la evaporación del cinc, todo ello de manera tal que a través de un conducto (6) los vapores de cinc se hacen pasar a una torre de condensación (7) a la que está asociada una bomba de vacío (8), de manera que en la torre de condensación se produce la solidificación del

cinc, que es recogido a través de una salida (8), escapándose los vapores (9) al exterior.

En la figura 2 se deja ver esa torre de condensación (7), con la entrada (10) de los vapores de cinc procedentes del horno de inducción (1), efectuándose la refrigeración mediante agua a través de las cámaras (11) y (12) dotadas de sus correspondientes entradas (11'- 1ni) y sus correspondientes salidas (11''-12''), respectivamente.

La instalación comentada puede complementarse con unos medios de extracción/recirculación de vapores, basados en un ventilador de construcción estanca, complementado con válvulas de corte bypass y elementos de medición, en tanto que la aplicación de vacío se realiza a través de la bomba de vacío (8) ya referida de simple efecto, asociada a un sensor que mide el grado de vacío.

Como también se ha dicho con anterioridad, el sistema o instalación se complementa con un armario (13) de fuerza y control.

Tras el tratamiento descrito la chatarra pasa al proceso de fusión precalentada, lo cual implica un ahorro energético, a la vez que produce otras consecuencias positivas en el conjunto del proceso de fusión, tales como la disminución en el deterioro de los electrodos en el caso de que la fusión se realice en horno eléctrico de arco.

Obviamente, mediante el proceso descrito podrían eliminarse también metales pesados como el plomo, cadmio, etc. que acompañan al cinc. La cantidad de estos elementos presentes en la chatarra es mucho menor pero, por el mismo

principio podrían ser eliminados, aunque a diferentes temperaturas.

EJEMPLO A título de ejemplo se va a referir un ensayo realizado en base a la instalación descrita, según el siguiente esquema de actuación : La carga por ensayo consistió en un paquete de chatarra galvanizada compactada procedente de recortes de chapa de embutición de la industria del automóvil, oscilando los espesores de galvanizado entre 8-12 micras, mientras que la dimensión del paquete fue de 400 x 300 x 300 milímetros con un peso comprendido entre 90-120 Kg. El contenido de cinc de este paquete es de aproximadamente de 1,5 Kg., aunque puede ser ligeramente superior o inferior, no siendo el galvanizado perfectamente homogéneo.

En el ensayo se introdujo el paquete en el horno, mediante un polipasto eléctrico, efectuándose seguidamente un pretratamiento en vacío (aproximadamente a 5 mbar) y a baja temperatura (en torno a 100°C) para la eliminación previa de humedad y aceites que impregnan la chatarra.

A continuación se ha realizado un calentamiento en vacío (entre 2 y 5 mbar) hasta unos 500°C, manteniendo esa temperatura hasta la total eliminación del cinc del galvanizado, de manera que los vapores producidos fueron extraídos por la bomba de vacío y hechos pasar a la torre de condensación, de manera que al contacto con la pared fría (refrigerada por agua) el cinc se depositó en forma sólida, con gran pureza, efectuándose finalmente una extracción de la chatarra una vez enfriada, mientras que el cinc condensado se siguió recogiendo cada cierto

tiempo, al objeto de evitar la disminución de la eficacia de la torre de condensación.

Después del ensayo se evaluó el rendimiento en base a la diferencia de peso de la chatarra antes y después del ensayo, viéndose que la pérdida correspondía en su práctica totalidad al cinc separado. También se midió el espesor de galvanizado de la chapa antes y después del ensayo.

Así mismo, se determinó la riqueza, o porcentaje de cinc, en el condensado recogido, en base a dos métodos, uno determinando el tanto por ciento de cinc en un equipo ICP de espectrometría de emisión atómica por plasma acoplado por inducción, que resulta ser un método de máxima precisión, y otro en base a un análisis químico mediante valoración volumétrica, de manera que los citados promedios fueron los siguientes : - Una pérdida de peso en la chatarra comprendida entre 1,5% y 2%, lo que indica la práctica desaparición del cinc contenida en el paquete.

- Una recuperación de condensados de cinc de aproximadamente un 98,66% de pureza.

- Una disminución del espesor de la capa de galvanizado de las chapas de aproximadamente el 95%.