Fundición y refinado de aluminio

14 de noviembre Fundición y refinado del aluminio

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Fundición y refinado del aluminio

Descripción general del proceso

La bauxita se extrae mediante minería a cielo abierto. Los minerales más ricos se utilizan tal y como se extraen. Los minerales de menor ley pueden someterse a un proceso de enriquecimiento mediante trituración y lavado para eliminar los residuos de arcilla y sílice. La producción del metal consta de dos pasos básicos:

Refinado. Producción de alúmina a partir de la bauxita mediante el proceso Bayer, en el que la bauxita se somete a digestión a alta temperatura y presión en una solución concentrada de sosa cáustica. El hidrato resultante se cristaliza y se calcina hasta obtener el óxido en un horno o en un calcinador de lecho fluidizado.
Reducción. Reducción de la alúmina a aluminio metálico virgen mediante el proceso electrolítico de Hall-Héroult, utilizando electrodos de carbono y fundente de criolita.

Los avances experimentales apuntan a que, en el futuro, el aluminio podría obtenerse en estado metálico mediante la reducción directa del mineral.

En la actualidad se utilizan dos tipos principales de celdas electrolíticas de Hall-Héroult. El denominado proceso de “precocción” utiliza electrodos fabricados tal y como se indica a continuación. En estas fundiciones, la exposición a hidrocarburos policíclicos suele producirse en las instalaciones de fabricación de electrodos, especialmente durante los procesos de mezcla en molinos y de conformado en prensas. Las fundiciones que utilizan la célula de tipo Soderberg no requieren instalaciones para la fabricación de ánodos de carbono cocido. En su lugar, la mezcla de coque y aglutinante de brea se introduce en tolvas cuyos extremos inferiores se sumergen en el baño fundido de criolita y alúmina. A medida que la mezcla de brea y coque se calienta por el baño fundido de metal y criolita dentro de la célula, esta mezcla se cuece in situ hasta convertirse en una masa grafítica dura. Se insertan varillas metálicas en la masa anódica a modo de conductores para el flujo eléctrico de corriente continua. Estas varillas deben sustituirse periódicamente; al extraerlas, se liberan cantidades considerables de compuestos volátiles del brea de hulla al ambiente de la sala de la célula. A esta exposición se suman los compuestos volátiles del brea que se generan a medida que avanza el horneado de la masa de brea y coque.

En la última década, la industria ha tendido a no sustituir ni a modificar las instalaciones de reducción de tipo Soderberg existentes, debido al riesgo carcinogénico demostrado que presentan. Además, con la creciente automatización de las operaciones de las celdas de reducción —en particular el cambio de ánodos—, las tareas se realizan cada vez más a partir de grúas mecánicas cerradas. En consecuencia, la exposición de los trabajadores y el riesgo de desarrollar aquellos trastornos asociados a la fundición de aluminio están disminuyendo gradualmente en las instalaciones modernas. Por el contrario, en aquellas economías en las que no se dispone fácilmente de una inversión de capital adecuada, la persistencia de procesos de reducción más antiguos y operados manualmente seguirá planteando los riesgos de aquellos trastornos profesionales (véase más adelante) anteriormente asociados a las plantas de reducción de aluminio. De hecho, esta tendencia tenderá a agravarse en dichas operaciones más antiguas y sin mejorar, especialmente a medida que envejezcan.

Fabricación de electrodos de carbono

Los electrodos necesarios para la reducción electrolítica previa a la cocción hasta obtener metal puro se fabrican normalmente en una instalación asociada a este tipo de planta de fundición de aluminio. Los ánodos y los cátodos se fabrican, en la mayoría de los casos, a partir de una mezcla de coque derivado del petróleo molido y brea. En primer lugar, el coque se muele en molinos de bolas; a continuación, se transporta y se mezcla mecánicamente con el brea y, por último, se moldea en bloques mediante prensas de moldeo. A continuación, estos bloques de ánodos o cátodos se calientan en un horno de gas durante varios días hasta que forman masas grafíticas duras, habiéndose eliminado prácticamente todos los componentes volátiles. Por último, se fijan a varillas de ánodo o se ranuran con sierra para acoplar las barras de cátodo.

Cabe señalar que la brea utilizada para fabricar dichos electrodos es un destilado derivado del alquitrán de hulla o de petróleo. En la conversión de este alquitrán en brea mediante calentamiento, el producto final ha eliminado prácticamente todos sus compuestos inorgánicos de bajo punto de ebullición, por ejemplo, el SO₂, así como los compuestos alifáticos y los compuestos aromáticos de uno y dos anillos. Por lo tanto, dicha brea no debería presentar los mismos riesgos de uso que los alquitranes de hulla o de petróleo, ya que estas clases de compuestos no deberían estar presentes. Existen algunos indicios de que el potencial carcinógeno de dichos productos de brea podría no ser tan elevado como el de la mezcla más compleja de alquitranes y otros compuestos volátiles asociados a la combustión incompleta del carbón.

Riesgos y su prevención

Los riesgos y las medidas preventivas relacionados con los procesos de fundición y refinado del aluminio son, básicamente, los mismos que los propios de la fundición y el refinado en general; sin embargo, cada uno de los procesos presenta ciertos riesgos específicos.

Minería

Aunque en la bibliografía aparecen referencias esporádicas al “pulmón de la bauxita”, hay pocas pruebas convincentes de que exista tal entidad. No obstante, debe tenerse en cuenta la posibilidad de que haya sílice cristalina en los minerales de bauxita.

Reducción electrolítica

La reducción electrolítica expone a los trabajadores al riesgo de sufrir quemaduras cutáneas y accidentes debidos a salpicaduras de metal fundido, trastornos por estrés térmico, ruido, riesgos eléctricos y vapores de criolita y ácido fluorhídrico. Las celdas de reducción electrolítica pueden emitir grandes cantidades de polvo de fluoruro y alúmina.

En los talleres de fabricación de electrodos de carbono, deben instalarse equipos de ventilación de extracción con filtros de mangas; además, el cerramiento de los equipos de trituración de brea y carbono minimiza de forma eficaz la exposición a las breas calientes y al polvo de carbono. Deben realizarse controles periódicos de las concentraciones de polvo en el aire con un dispositivo de muestreo adecuado. Se deben realizar exámenes periódicos de rayos X a los trabajadores expuestos al polvo, a los que deben seguir exámenes clínicos cuando sea necesario.

Con el fin de reducir el riesgo derivado de la manipulación del brea, el transporte de este material debe mecanizarse en la medida de lo posible (por ejemplo, pueden utilizarse camiones cisterna climatizados para transportar el brea líquido hasta la planta, donde se bombea automáticamente a depósitos de brea climatizados). También es recomendable realizar exámenes cutáneos periódicos para detectar eritemas, epiteliomas o dermatitis, y se puede proporcionar una protección adicional mediante cremas protectoras a base de alginato.

Los trabajadores expuestos a altos niveles de ruido deben disponer de equipos de protección auditiva, como tapones para los oídos, que permitan el paso del ruido de baja frecuencia (para poder percibir las órdenes) pero reduzcan la transmisión del ruido intenso de alta frecuencia. Además, los trabajadores deben someterse a exámenes audiométricos periódicos para detectar la pérdida auditiva. Por último, el personal también debe recibir formación para practicar la reanimación cardiopulmonar a las víctimas de accidentes por descarga eléctrica.

Se debe indicar a los trabajadores que realizan trabajos en condiciones de calor, antes de que comience la temporada de calor, que aumenten la ingesta de líquidos y que añadan mucha sal a sus comidas. Además, tanto ellos como sus supervisores deben recibir formación para reconocer los primeros síntomas de trastornos provocados por el calor, tanto en sí mismos como en sus compañeros de trabajo. Todas las personas que trabajen aquí deben recibir formación para adoptar las medidas adecuadas necesarias para prevenir la aparición o el agravamiento de dichos trastornos.

Las personas que utilicen marcapasos cardíacos deben quedar excluidas de las operaciones de reducción debido al riesgo de arritmias provocadas por campos magnéticos.

El riesgo de salpicaduras de metal fundido y quemaduras graves es muy frecuente en muchas zonas de las plantas de reducción y operaciones asociadas. Además de la ropa de protección (por ejemplo, guantes largos, delantales, polainas y viseras faciales), debe prohibirse el uso de prendas sintéticas, ya que el calor del metal fundido hace que estas fibras se derritan y se adhieran a la piel, lo que agrava aún más las quemaduras cutáneas.

Proceso de Bayer

El uso generalizado de sosa cáustica en el proceso Bayer conlleva riesgos frecuentes de quemaduras químicas en la piel y los ojos. La eliminación de incrustaciones de los depósitos mediante martillos neumáticos es la causa de una exposición intensa al ruido. A continuación se analizan los posibles riesgos asociados a la inhalación de dosis excesivas de óxido de aluminio producido en este proceso.

Todos los trabajadores que participen en el proceso de Bayer deben estar bien informados de los riesgos asociados a la manipulación de la sosa cáustica. En todas las instalaciones con riesgo, deben disponerse fuentes de lavado de ojos, lavabos con agua corriente y duchas de emergencia, junto con carteles que expliquen su uso. Se debe proporcionar EPI (por ejemplo, gafas protectoras, guantes, delantales y botas). Se deben proporcionar duchas y taquillas dobles (una para la ropa de trabajo y otra para la ropa personal) y se debe animar a todos los empleados a lavarse a fondo al final del turno. Todos los trabajadores que manipulen metal fundido deben disponer de viseras, máscaras respiratorias, guantes largos, delantales, manguitos y polainas para protegerse contra quemaduras, polvo y humos. A los trabajadores empleados en el proceso de baja temperatura de Gadeau se les debe proporcionar guantes y trajes especiales para protegerlos de los humos de ácido clorhídrico que se desprenden al poner en marcha las celdas; se ha demostrado que la lana ofrece una buena resistencia a estos humos. Los respiradores con cartuchos de carbón vegetal o las máscaras impregnadas de alúmina ofrecen una protección adecuada contra los humos de brea y flúor; son necesarias máscaras antipolvo eficaces para protegerse del polvo de carbón. Los trabajadores con una exposición más grave al polvo y a los humos, especialmente en las operaciones de Soderberg, deben disponer de equipos de protección respiratoria con suministro de aire. A medida que el trabajo mecanizado en la sala de cubas se realice de forma remota desde cabinas cerradas, estas medidas de protección serán cada vez menos necesarias.