Adaptado de UNEP e IISI 1997 y un artículo inédito de Jerry Spiegel.

Debido al gran volumen y complejidad de sus operaciones y su amplio uso de energía y materias primas, la industria siderúrgica, al igual que otras industrias “pesadas”, tiene el potencial de tener un impacto significativo en el medio ambiente y la población de las comunidades cercanas. . La Figura 1 resume los contaminantes y desechos generados por sus principales procesos de producción. Comprenden tres categorías principales: contaminantes del aire, contaminantes de aguas residuales y desechos sólidos.

Figura 1. Diagrama de flujo de contaminantes y desechos generados por diferentes procesos

Históricamente, las investigaciones sobre el impacto de la industria del hierro y el acero en la salud pública se han concentrado en los efectos localizados en las áreas locales densamente pobladas en las que se ha concentrado la producción de acero y particularmente en regiones específicas donde se han experimentado episodios agudos de contaminación del aire, como el los valles de Donora y Meuse, y el triángulo entre Polonia, la antigua Checoslovaquia y la antigua República Democrática Alemana (OMS 1992).

Contaminantes del aire

Históricamente, los contaminantes del aire provenientes de las operaciones de fabricación de hierro y acero han sido una preocupación ambiental. Estos contaminantes incluyen sustancias gaseosas tales como óxidos de azufre, dióxido de nitrógeno y monóxido de carbono. Además, las partículas como el hollín y el polvo, que pueden contener óxidos de hierro, han sido el foco de los controles. Las emisiones de los hornos de coque y de las plantas de subproductos de hornos de coque han sido una preocupación, pero las continuas mejoras en la tecnología de fabricación de acero y de control de emisiones durante las últimas dos décadas, junto con regulaciones gubernamentales más estrictas, han reducido significativamente dichas emisiones. en América del Norte, Europa Occidental y Japón. Se ha estimado que los costos totales de control de la contaminación, más de la mitad de los cuales se relacionan con las emisiones al aire, oscilan entre el 1% y el 3% de los costos totales de producción; las instalaciones de control de la contaminación del aire han representado aproximadamente del 10 al 20% de las inversiones totales de la planta. Dichos costos crean una barrera para la aplicación global de controles de última generación en países en desarrollo y para empresas más antiguas económicamente marginales.

Los contaminantes del aire varían con el proceso particular, la ingeniería y construcción de la planta, las materias primas empleadas, las fuentes y cantidades de energía requerida, la medida en que los productos de desecho se reciclan en el proceso y la eficiencia de los controles de contaminación. Por ejemplo, la introducción de la fabricación de acero al oxígeno básico ha permitido la recogida y el reciclaje de gases residuales de forma controlada, reduciendo las cantidades a agotar, mientras que el uso del proceso de colada continua ha reducido el consumo de energía, lo que se ha traducido en una reducción de las emisiones. Esto ha aumentado el rendimiento del producto y ha mejorado la calidad.

dióxido de azufre

La cantidad de dióxido de azufre, formado en gran medida en los procesos de combustión, depende principalmente del contenido de azufre del combustible fósil empleado. Tanto el coque como el gas de horno de coque utilizados como combustibles son fuentes importantes de dióxido de azufre. En la atmósfera, el dióxido de azufre puede reaccionar con los radicales de oxígeno y el agua para formar un aerosol de ácido sulfúrico y, en combinación con el amoníaco, puede formar un aerosol de sulfato de amonio. Los efectos sobre la salud atribuidos a los óxidos de azufre no solo se deben al dióxido de azufre sino también a su tendencia a formar tales aerosoles respirables. Además, el dióxido de azufre se puede adsorber en partículas, muchas de las cuales se encuentran en el rango respirable. Dichas exposiciones potenciales pueden reducirse no solo mediante el uso de combustibles con bajo contenido de azufre, sino también mediante la reducción de la concentración de partículas. El mayor uso de hornos eléctricos ha disminuido la emisión de óxidos de azufre al eliminar la necesidad de coque, pero esto ha pasado la carga del control de la contaminación a las plantas que generan electricidad. La desulfuración del gas de horno de coque se logra mediante la eliminación de compuestos reducidos de azufre, principalmente sulfuro de hidrógeno, antes de la combustión.

Oxido de nitrógeno

Al igual que los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno, principalmente óxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno, se forman en los procesos de combustión de combustibles. Reaccionan con oxígeno y compuestos orgánicos volátiles (COV) en presencia de radiación ultravioleta (UV) para formar ozono. También se combinan con agua para formar ácido nítrico, que, a su vez, se combina con amoníaco para formar nitrato de amonio. Estos también pueden formar aerosoles respirables que pueden eliminarse de la atmósfera mediante deposición húmeda o seca.

Materia particular

El material particulado, la forma más visible de contaminación, es una mezcla variada y compleja de materiales orgánicos e inorgánicos. El polvo puede salir de las pilas de mineral de hierro, carbón, coque y piedra caliza o puede entrar en el aire durante su carga y transporte. Los materiales gruesos generan polvo cuando se frotan o aplastan debajo de los vehículos. Las partículas finas se generan en los procesos de sinterización, fundición y fusión, particularmente cuando el hierro fundido entra en contacto con el aire para formar óxido de hierro. Los hornos de coque producen coque de carbón fino y emisiones de alquitrán. Los efectos potenciales para la salud dependen de la cantidad de partículas en el rango respirable, la composición química del polvo y la duración y concentración de la exposición.

Se han logrado reducciones drásticas en los niveles de contaminación por partículas. Por ejemplo, mediante el uso de precipitadores electrostáticos para limpiar los gases residuales secos en la fabricación de acero al oxígeno, una acería alemana redujo el nivel de emisión de polvo de 9.3 kg/t de acero crudo en 1960 a 5.3 kg/t en 1975 y algo menos de 1 kg/t en 1990. El costo, sin embargo, fue un marcado aumento en el consumo de energía. Otros métodos de control de la contaminación por partículas incluyen el uso de depuradores húmedos, filtros de mangas y ciclones (que son efectivos solo contra partículas grandes).

Metales pesados

Los metales como el cadmio, el plomo, el zinc, el mercurio, el manganeso, el níquel y el cromo pueden emitirse desde un horno en forma de polvo, humo o vapor, o pueden ser absorbidos por partículas. Los efectos sobre la salud, que se describen en otra parte de este Enciclopedia, dependen del nivel y la duración de la exposición.

Emisiones orgánicas

Las emisiones orgánicas de las operaciones siderúrgicas primarias pueden incluir benceno, tolueno, xileno, solventes, PAH, dioxinas y fenoles. La chatarra de acero utilizada como materia prima puede incluir una variedad de estas sustancias, según su origen y la forma en que se utilizó (p. ej., pintura y otros revestimientos, otros metales y lubricantes). No todos estos contaminantes orgánicos son capturados por los sistemas convencionales de limpieza de gases.

Radioactividad

En los últimos años, ha habido informes de casos en los que se han incluido inadvertidamente materiales radiactivos en la chatarra de acero. Las propiedades fisicoquímicas de los nucleidos (p. ej., las temperaturas de fusión y ebullición y la afinidad por el oxígeno) determinarán lo que les sucede en el proceso de fabricación del acero. Puede haber una cantidad suficiente para contaminar los productos de acero, los subproductos y los diversos tipos de desechos y, por lo tanto, requerir una limpieza y eliminación costosas. También existe la posible contaminación del equipo de fabricación de acero, con la consiguiente exposición potencial de los trabajadores del acero. Sin embargo, muchas operaciones siderúrgicas han instalado detectores de radiación sensibles para examinar toda la chatarra de acero comprada.

Dióxido de carbono

Aunque no tiene ningún efecto sobre la salud humana o los ecosistemas en los niveles atmosféricos habituales, el dióxido de carbono es importante por su contribución al “efecto invernadero”, que está asociado con el calentamiento global. La industria siderúrgica es una importante generadora de dióxido de carbono, más por el uso del carbono como agente reductor en la producción de hierro a partir del mineral de hierro que por su uso como fuente de energía. Para 1990, a través de una variedad de medidas para la reducción de la tasa de coque de alto horno, la recuperación de calor residual y el ahorro de energía, las emisiones de dióxido de carbono de la industria siderúrgica se habían reducido al 47% de los niveles de 1960.

Ozone

El ozono, un componente principal del smog atmosférico cerca de la superficie de la tierra, es un contaminante secundario formado en el aire por la reacción fotoquímica de la luz solar sobre los óxidos de nitrógeno, facilitada en grado variable, dependiendo de su estructura y reactividad, por una variedad de COV. . La principal fuente de precursores del ozono son los gases de escape de los vehículos de motor, pero algunos también son generados por plantas siderúrgicas y por otras industrias. Como resultado de las condiciones atmosféricas y topográficas, la reacción del ozono puede tener lugar a grandes distancias de su fuente.

Contaminantes de aguas residuales

Las acerías descargan grandes volúmenes de agua a lagos, ríos y arroyos, y se vaporizan volúmenes adicionales mientras se enfría el coque o el acero. Las aguas residuales retenidas en estanques de retención no sellados o con fugas pueden filtrarse y contaminar el nivel freático local y las corrientes subterráneas. Estos también pueden estar contaminados por la lixiviación del agua de lluvia a través de pilas de materias primas o acumulaciones de desechos sólidos. Los contaminantes incluyen sólidos en suspensión, metales pesados ​​y aceites y grasas. Los cambios de temperatura en las aguas naturales debido a la descarga de agua de proceso a mayor temperatura (el 70% del agua del proceso de fabricación de acero se usa para enfriamiento) pueden afectar los ecosistemas de estas aguas. En consecuencia, el tratamiento de enfriamiento antes de la descarga es esencial y puede lograrse mediante la aplicación de la tecnología disponible.

Sólidos suspendidos

Los sólidos en suspensión (SS) son los principales contaminantes transportados por el agua que se descargan durante la producción de acero. Comprenden principalmente óxidos de hierro de la formación de incrustaciones durante el procesamiento; también pueden estar presentes carbón, lodos biológicos, hidróxidos metálicos y otros sólidos. Estos son en gran parte no tóxicos en ambientes acuosos a niveles de descarga normales. Su presencia en niveles más altos puede provocar la decoloración de los arroyos, la desoxigenación y la sedimentación.

Metales pesados

El agua del proceso de fabricación de acero puede contener altos niveles de zinc y manganeso, mientras que las descargas de las áreas de revestimiento y laminación en frío pueden contener zinc, cadmio, aluminio, cobre y cromo. Estos metales están presentes de forma natural en el medio acuático; es su presencia en concentraciones superiores a las habituales lo que genera preocupación sobre los efectos potenciales sobre los seres humanos y los ecosistemas. Estas preocupaciones aumentan por el hecho de que, a diferencia de muchos contaminantes orgánicos, estos metales pesados ​​no se biodegradan en productos finales inofensivos y pueden concentrarse en los sedimentos y en los tejidos de los peces y otras formas de vida acuática. Además, al combinarse con otros contaminantes (p. ej., amoníaco, compuestos orgánicos, aceites, cianuros, álcalis, solventes y ácidos), su toxicidad potencial puede aumentar.

Aceites y grasas

Los aceites y grasas pueden estar presentes en las aguas residuales tanto en forma soluble como insoluble. La mayoría de los aceites pesados ​​y las grasas son insolubles y se eliminan con relativa facilidad. Sin embargo, pueden emulsionarse por contacto con detergentes o álcalis o por agitación. Los aceites emulsionados se utilizan habitualmente como parte del proceso en los molinos en frío. Excepto por la decoloración de la superficie del agua, las pequeñas cantidades de la mayoría de los compuestos alifáticos del petróleo son inocuas. Sin embargo, los compuestos de aceite aromático monohídrico pueden ser tóxicos. Además, los componentes del aceite pueden contener sustancias tóxicas como PCB, plomo y otros metales pesados. Además de la cuestión de la toxicidad, la demanda biológica y química de oxígeno (DBO y DQO) de los aceites y otros compuestos orgánicos puede disminuir el contenido de oxígeno del agua, afectando así la viabilidad de la vida acuática.

Desechos sólidos

Gran parte de los residuos sólidos producidos en la fabricación de acero son reutilizables. El proceso de producción de coque, por ejemplo, da lugar a derivados del carbón que son importantes materias primas para la industria química. Muchos subproductos (p. ej., polvo de coque) se pueden realimentar a los procesos de producción. La escoria producida cuando las impurezas presentes en el carbón y el mineral de hierro se derriten y se combinan con la cal utilizada como fundente en la fundición se puede utilizar de varias maneras: vertederos para proyectos de recuperación, en la construcción de carreteras y como materia prima para las plantas de sinterización que suministran altos hornos. El acero, independientemente de su grado, tamaño, uso o tiempo de servicio, es completamente reciclable y puede reciclarse repetidamente sin que se degraden sus propiedades mecánicas, físicas o metalúrgicas. La tasa de reciclaje se estima en un 90%. La Tabla 1 presenta una descripción general del grado en que la industria siderúrgica japonesa ha logrado el reciclaje de materiales de desecho.

Tabla 1. Residuos generados y reciclados en la producción de acero en Japón

Fuente: IISI 1992.

Conservación de la Energía

La conservación de la energía es deseable no solo por razones económicas sino también para reducir la contaminación en las instalaciones de suministro de energía, como las empresas eléctricas. La cantidad de energía consumida en la producción de acero varía ampliamente según los procesos utilizados y la mezcla de chatarra y mineral de hierro en el material de alimentación. La intensidad energética de las plantas estadounidenses basadas en chatarra en 1988 promedió 21.1 gigajulios por tonelada, mientras que las plantas japonesas consumieron un 25% menos. Una planta modelo basada en chatarra del Instituto Internacional del Hierro y el Acero (IISI) requirió solo 10.1 gigajulios por tonelada (IISI 1992).

Los aumentos en el costo de la energía han estimulado el desarrollo de tecnologías de ahorro de energía y materiales. Los gases de baja energía, como los gases de subproductos producidos en los procesos de alto horno y hornos de coque, se recuperan, limpian y utilizan como combustible. El consumo de coque y combustible auxiliar de la industria siderúrgica alemana, que promedió 830 kg/tonelada en 1960, se redujo a 510 kg/tonelada en 1990. La industria siderúrgica japonesa pudo reducir su participación en el consumo total de energía japonés del 20.5 % en 1973 a alrededor del 7% en 1988. La industria siderúrgica de los Estados Unidos ha realizado importantes inversiones en la conservación de energía. La planta promedio ha reducido el consumo de energía en un 45% desde 1975 a través de la modificación del proceso, la nueva tecnología y la reestructuración (las emisiones de dióxido de carbono han disminuido proporcionalmente).

De cara al futuro

Tradicionalmente, los gobiernos, las asociaciones comerciales y las industrias individuales han abordado las preocupaciones ambientales sobre una base específica de los medios, tratando por separado, por ejemplo, los problemas del aire, el agua y la eliminación de desechos. Si bien es útil, esto a veces simplemente ha trasladado el problema de un área ambiental a otra, como en el caso del costoso tratamiento de aguas residuales que deja el problema posterior de eliminar el lodo del tratamiento, que también puede causar una grave contaminación de las aguas subterráneas.

En los últimos años, sin embargo, la industria siderúrgica internacional ha abordado este problema a través del Control Integrado de la Contaminación, que se ha desarrollado aún más en la Gestión Total de Riesgos Ambientales, un programa que analiza todos los impactos simultáneamente y aborda las áreas prioritarias de manera sistemática. Un segundo desarrollo de igual importancia ha sido un enfoque en la acción preventiva en lugar de la correctiva. Esto aborda cuestiones tales como la ubicación de la planta, la preparación del sitio, el diseño y el equipo de la planta, la especificación de las responsabilidades de gestión diarias y la garantía de personal y recursos adecuados para monitorear el cumplimiento de las reglamentaciones ambientales e informar los resultados a las autoridades correspondientes.

El Centro de Industria y Medio Ambiente, establecido en 1975 por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), tiene como objetivo fomentar la cooperación entre las industrias y los gobiernos para promover un desarrollo industrial ambientalmente racional. Sus objetivos incluyen:

• fomento de la incorporación de criterios ambientales en los planes de desarrollo industrial
• facilitación de la implementación de procedimientos y principios para la protección del medio ambiente
• promoción del uso de técnicas seguras y limpias
• estimulación del intercambio de información y experiencia en todo el mundo.

El PNUMA trabaja en estrecha colaboración con el IISI, la primera asociación industrial internacional dedicada a una sola industria. Los miembros del IISI incluyen empresas productoras de acero de propiedad pública y privada y asociaciones, federaciones e institutos de investigación nacionales y regionales de la industria siderúrgica en los 51 países que, en conjunto, representan más del 70% de la producción mundial total de acero. El IISI, a menudo en colaboración con el PNUMA, produce declaraciones de política y principios ambientales e informes técnicos como aquél en el que se ha basado gran parte de este artículo (PNUMA e IISI 1997). Juntos, están trabajando para abordar los factores económicos, sociales, morales, personales, de gestión y tecnológicos que influyen en el cumplimiento de los principios, políticas y normas ambientales.

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