Disposición final del catalizador pentóxido de vanadio por fijación en una escoria metalúrgica

Abstract

El cumplimiento de los Programas de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA) exigidos por la normativa ambiental peruana ha permitido que las grandes fundiciones no ferrosas como la Fundición de Cobre de Ilo y el Complejo Metalúrgico de La Oroya, capturen sus emisiones gaseosas de dióxido de azufre y las transformen en ácido sulfúrico comercial en lugar de descargarlas directamente a la atmósfera e impactar negativamente el medio ambiente. En una de las etapas de la producción de ácido sulfúrico se emplea el pentóxido de vanadio como catalizador, el cual acelera la reacción química entre el dióxido de azufre (SO2) y el oxígeno (O2) para formar trióxido de azufre (SO3). Por la naturaleza propia de la operación, el pentóxido de vanadio pierde gradualmente sus propiedades catalíticas, debiendo ser reemplazado por catalizador fresco. El catalizador “agotado” presenta características tóxicas, por lo que debe ser manejado como residuo peligroso, siendo actualmente dispuesto en el Perú en rellenos de seguridad siguiendo estrictos procedimientos para evitar daños a la salud de las personas y al entorno. El presente trabajo propone como alternativa el tratamiento del catalizador agotado de pentóxido de vanadio por pirometalurgia, fijando la mayor proporción del vanadio en la escoria producida en un horno de fusión de cobre. Para comprobar esta hipótesis, se efectuaron una serie de pruebas a nivel laboratorio e industrial adicionando en forma dosificada el catalizador agotado a la carga de un horno reverbero de cobre, evidenciándose que más del 97,9 % del vanadio se desplaza hacia la fase escoria. La escoria así obtenida fue sometida a pruebas geoquímicas y de estabilidad química, cuyos resultados indicaron que no presenta potencial de generar acidez ni de lixiviación en forma natural, por lo que su almacenamiento a la intemperie no afectaría las aguas superficiales ni subterráneas aledañas. Se concluye que el catalizador agotado de pentóxido de vanadio generado en las plantas de ácido sulfúrico puede ser manejado económicamente en forma estable y ambientalmente sustentable en el tiempo mediante su fijación en escorias fayalíticas de fundiciones de cobre.

The Peruvian environmental regulations has obligated major nonferrous smelters, like the Copper Smelter in Ilo and the Metallurgical Complex of La Oroya, capture their sulfur dioxide emissions and convert them into commercial sulfuric acid instead of discharging directly to the atmosphere, avoiding pollution the surrounding environment. During the manufacture of sulfuric acid, vanadium pentoxide is used to catalyze the conversion of sulfur dioxide (SO2) to sulfur trioxide (SO3). Gradually, the vanadium pentoxide loses its catalytic activities and must be replaced by fresh catalyst. The spent catalyst has toxic properties, so it must be disposed as hazardous waste in a safe and legal manner in Peru (e.g. secure landfills) to prevent damage to health and ecosystems. This paper proposes a method of processing spent vanadium pentoxide – containing catalyst by incorporation into fayalite slag of copper smelting. To test this hypothesis, we conducted laboratory and industrial tests by adding the spent catalyst to the reverberatory furnace charge. The results showed that vanadium is mainly present in the slag phase. This slag does not generate acidic water nor is it leached out by water under normal environmental conditions of temperature, acidity, alkalinity etc., so it could be disposed in slag dumps without causing surface water or groundwater contamination. We concluded the spent vanadium pentoxide – containing catalyst could be disposed with economic and environmental benefits by fixation into fayalite slag of copper smelting.