En metalurgia , las escorias son subproductos sólidos resultantes de la fusión , refinación , tratamiento o conformación de metales a alta temperatura. Se trata de mezclas de varios óxidos que flotan sobre el metal fundido o se desprenden de él cuando se utilizan a alta temperatura.
Son de composiciones extremadamente variadas según los tiempos, los procesos y los metales tratados. Ya sean residuos extremadamente contaminantes o coproductos populares, la escoria metalúrgica representa un interés ecológico y económico esencial en la metalurgia extractiva.
En el caso particular de la metalurgia del hierro , la escoria baja en hierro se denomina escoria . Esto representa, por volumen, el tipo de escoria más común.
Las escorias sin hierro en la metalurgia del hierro y las ferroaleaciones se denominan "escorias" . Son, con mucho, el tipo de escoria más común. Son el resultado de reacciones químicas ligadas a la producción de compuestos de hierro fundido, sobre los que flotan gracias a su baja densidad.
Las escorias modernas más comunes provienen de la fabricación de acero a partir de mineral de hierro sin fósforo (escoria de alto horno o convertidor ), o de la fundición de chatarra en un horno de arco eléctrico . Excluyendo la producción de aceros inoxidables , estas escorias de acero generalmente tienen la siguiente composición:
Tipo de escoria | FeO / Fe 2 O 3 | MnO | SiO 2 | Al 2 O 3 | CaO | MgO | P 2 O 5 | Cr 2 O 3 | S |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Alto horno | 0,1 - 0,5 | 33 - 39 | 9 - 13 | 39 - 42 | 6 - 9 | 1.2-1.4 | |||
Horno de arco eléctrico | 15 - 35 | <10 | 10 - 20 | <10 | 30 - 40 | <10 | <2 | <2 | <0,25 |
Convertidor LD | 15 - 35 | 3 - 10 | 9 - 13 | 0,5 - 3 | 42 - 52 | 1 - 8 | 1,5 - 4 | ~ 2 | ~ 0,25 |
Las escorias de la producción de acero inoxidable contienen entre un 2,5 y un 4,5% de Cr 2 O 3. Se consideraron contaminantes por la posible presencia de cromo hexavalente , pero también de plomo y cadmio . Sin embargo, en 2011, los investigadores demostraron que el cromo contenido en la escoria de la industria del acero inoxidable es estable en forma oxidada (Cr 2 O 3, trivalente) y, por tanto, no es peligroso.
Estas escorias están vinculadas a procesos históricos de producción de hierro. Son útiles para la arqueología porque permiten comprender las tecnologías y los materiales utilizados.
Ricos en hierro, son una mezcla de roca estéril, cascarilla y óxidos resultantes del refinado de metales . Para los minerales de fósforo, a menudo se encuentran las siguientes composiciones:
Tipo de escoria | FeO / Fe 2 O 3 | MnO | SiO 2 | Al 2 O 3 | CaO | MgO | P 2 O 5 | S | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Producción de acero natural | Caso general | 60 | 4 | 26 | 3 | 2 | 1 - 4 | 0,1 | |
Método bergamasco (fin de la fusión) | 45 | 29 | 23 | 1 | 2 | 1 | |||
Método bergamasco (fin de maduración) | 80 | 8 | 3,5 | 0,5 | 7 | 0,5 | |||
Charcos de grasa | 70 | 5 | dieciséis | 1 | 0,7 | 4 | 0,3 |
Las escorias resultantes de la metalurgia extractiva del cobre , que consiste fundamentalmente en fundir calcopiritas y matas de refino , son escorias ácidas, mientras que las escorias de acero son básicas. Estos son los silicatos de hierro:
Tipo de escoria | Cu | SiO 2 | Fe total | Fe 3 O 4 | CaO | MgO | Al 2 O 3 | S | ZnO |
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Alto horno | 0,8 | 39 | 29 (FeO) | 19 | 12 | ||||
Horno de fusión flash | 1-3 | 31 - 34 | 36 - 43 | 4 - 16 | 0-5 | 0-1 | |||
Horno de fusión de arco eléctrico | <0,7 | 36 | 38 | CAROLINA DEL NORTE | 2 | CAROLINA DEL NORTE | |||
Horno de reverberación de fundición | ~ 0,7 | 30 - 40 | 30 - 40 | ~ 3 | 0-10 | 4 | 5 | 1 | |
Convertidor Peirce-Smith | 4 - 8 | 15-30 | 35 - 50 | 20 - 25 | 0-10 | 0-5 |
La extracción de níquel por métodos pirometalúrgicos depende del tipo de mineral: laterita o pirita . Las lateritas generan escoria poco ácida porque es rica en magnesia . Las piritas se tratan como minerales de cobre y, por lo tanto, dan una escoria que consiste en una mezcla de silicatos de hierro.
Tipo de escoria | Cu + Ni + Co | SiO 2 | Fe total | Fe 3 O 4 | FeO | MgO | CaO | Al 2 O 3 |
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Horno de fusión flash (para piritas ) | 15 | 38 - 41 | 28 - 34 | |||||
Horno de arco eléctrico (para lateritas ) | <1 | 40 - 55 | CAROLINA DEL NORTE | 5 - 20 | 20 - 35 | 1 - 7 | 1-2 | |
Convertidor Peirce-Smith | <5 | 18-26 | 48 - 55 | 16 - 32 |
La escoria es en ocasiones muy básica (en el caso de las escorias de convertidor) y el líquido de lixiviación residual (lixiviado o percolado) de la escoria es muy alcalino, que puede alcanzar un pH de 10. Por tanto, se recomienda una protección adecuada para los trabajadores expuestos en función de la naturaleza del trabajo (gafas de seguridad, guantes, viseras, ropa protectora, vigilancia médica, etc.). Con la excepción de las escorias, las escorias son generalmente ácidas.
La sílice libre cristalina causa neumoconiosis maligna (silicosis). La calcinación a alta temperatura de la tierra de diatomeas la transforma en sílice muy fibrogénica (tridimita y cristobalita). Sin embargo, los silicatos combinados con cationes metálicos son biológicamente menos reactivos (con la excepción del amianto y el talco) [Fuente: Lauwerys, cf. supra]. La sílice que se encuentra en la escoria se encuentra en forma de silicatos de cal (escoria) o hierro (extracción de cobre y níquel).
La peligrosidad de la escoria depende principalmente de los metales que contiene. En el caso de la escoria de acero, la presencia de metales pesados o, en ocasiones, de radionucleidos es excepcional. Para la escoria de la extracción o refinación de metales no ferrosos, los riesgos son generalmente mucho mayores.
En ocasiones, en presencia de azufre y ciertas bacterias, puede aparecer un fenómeno de fuerte acidificación autosostenida del sustrato, es drenaje ácido (o "drenaje ácido de mina" en el contexto de secuelas mineras). Este fenómeno puede ir acompañado de una alteración de la escoria, con lixiviación con liberación significativa de metales tóxicos que luego pueden dispersarse en el medio ambiente.
Los metales presentes en la escoria u otros contaminantes adsorbidos en la misma escoria ( dioxinas , furanos , etc.) pueden contaminar el aire (emisiones de vapor durante la producción, luego explosiones de polvo). También pueden contaminar el agua y el suelo (por percolación y desorción, especialmente si el agua es ácida y bastante tibia o caliente). Estos fenómenos pueden ocurrir incluso de so- llamada “estabilizado” residuos industriales .
Paradójicamente, ciertos sitios muy contaminados por escoria metalúrgica han sido clasificados y protegidos por las especies raras que albergan (algunas especies protegidas , conocidas como “ metalophytes ” o “metalloresist” ) que conviene conservar porque contribuyen - en una en cierta medida, a la fitoestabilización de contaminantes que, en su presencia, tienen menos probabilidades de ser movilizados por la erosión eólica o hídrica.
Este es el caso, por ejemplo, del páramo industrial de Mortagne-du-Nord en el norte de Francia, incluso en Francia de la escoria de Usinor como prueba con el Laboratorio Central de Ponts-et-Chausées (LCPC).
Mediante diversos métodos, buscamos comprender mejor los comportamientos de lixiviación de los residuos o materiales, para poder estabilizarlos mejor o inertizarlos , lo que permitiría reutilizarlos con mayor facilidad.