Explotación de recursos alternativos para la optimización minera, mediambiental y económica del proceso de producción de clinker

Abstract

En este trabajo de tesis se realiza el análisis de la viabilidad de la sustitución parcial de las materias primas y combustibles tradicionales necesarios en el proceso de fabricación de clinker (para la posterior obtención de cemento), por otros recursos de similares características y mejor comportamiento medioambiental, que contribuyan a un consumo más sostenible de los recursos mineros y energéticos. Las principales materias primas que se utilizan para el clinker son margas, calizas y arcillas, que se obtienen de explotaciones mineras, en su mayor parte a cielo abierto (canteras de áridos y areneros). Respecto al combustible, el tradicionalmente usado es coque de petróleo, subproducto de otro recurso natural. Los recursos sustitutivos propuestos, denominados ¿alternativos¿, proceden de residuos y estériles de diversos sectores, principalmente del sector minero y del sector industrial. El resultado final demuestra que la valorización material y energética de residuos en los hornos de clinker contribuye a aumentar la sostenibilidad del proceso de producción de cemento, muy intensivo en el consumo de materia prima y energía. Los beneficios medioambientales directos son la explotación más racional de los recursos mineros (disminuyendo el aporte necesario de los mismos), la disminución del impacto ambiental de las explotaciones mineras (pues disminuye el impacto visual de las mismas y otros impactos relevantes como las vibraciones, el ruido y el polvo) y la reducción en la emisión de gases de efecto invernadero. Además, desde el punto de vista del tratamiento de residuos se establece una solución integral para determinados tipos de residuos mineros e industriales, evitando otras formas de gestión más perjudiciales medioambientalmente, como la incineración o el vertido controlado. La metodología empleada comienza con la caracterización de posibles recursos alternativos procedentes de residuos asociados al sector minero, industrial y municipal y/o urbano del área de estudio. En concreto, se han seleccionado para su análisis posterior 18 clases de recursos materiales alternativos (9 de ellos procedentes del sector de la minería y 9 de ellos procedentes del sector industrial), y 9 clases diferentes de combustibles alternativos. También se ha realizado un análisis sobre los efectos que determinados elementos inducen en las características finales del clinker/cemento que permite a la doctoranda proponer una tabla de valores límite de contenido en ciertos elementos, que se limitarían en la corriente de material y combustible que entra al horno de clinker. Para este análisis se han incluido los aportes de los recursos alternativos. Partiendo de las características y dosificaciones de un clinker normal y otro sulforresistente, se han diseñado 32 dosificaciones diferentes, remplazando parte de la materia prima tradicional por recursos alternativos. Paralelamente, se han diseñado 36 escenarios de combustión, con mezclas de combustibles tradicionales y alternativos. Todas las dosificaciones y escenarios se analizan desde el punto de vista de su composición química conjunta, con el objetivo de asegurar que su uso no produzca ningún perjuicio en las diferentes etapas de producción en el horno de clinker, ni tampoco en la calidad del cemento final. Por último, se han efectuado 64 combinaciones diferentes de sustituciones materiales y energéticas que son analizadas desde un punto de vista económico, medioambiental, y de ahorro de recursos. En el análisis económico se ha planteado un análisis de sensibilidades que tiene en cuenta el coste medioambiental de las emisiones de CO2 y la puesta en valor que supone la reducción de dichas emisiones. Esto se ha logrado a través de la valoración de los derechos de emisión, contemplando precios actuales y la evolución posible del precio del CO2 en un futuro próximo. Se proponen las alternativas de sustitución más destacadas y se calculan los ahorros netos anuales. La metodología se ha validado aplicándola a una planta tipo con características comunes a la mayoría de las actuales (horno de vía seca dotado de intercambiador de calor con precalcinador y una producción de 2.000 t/día). Se ha demostrado que las combinaciones óptimas son aquellas que contienen cierto poder calorífico residual, (como por ejemplo, el estéril de la minería de carbón), y aquellas que contienen cal parcial o totalmente descarbonatada. De este modo, se abre un nuevo campo de aplicación para los estériles mineros y se contribuye a alargar la vida útil de las explotaciones mineras de rocas industriales.