Integración de una novedosa tecnología de recuperación mecánica de arena en una fundición de acero para maximizar la valorización de SFS en aplicaciones de fundición y construcción

La generación de arena de fundición usada (SFS Spent Foundry Sand) es inherente a los procesos de fundición de metales. La mayoría de las fundiciones utilizan moldes y machos de arena que se desechan tras el vertido. Las casi 3000 fundiciones activas en Europa generan más de 9 Mt de arena usada al año, siendo las industrias ferrosas las principales generadoras. Solo entre el 25 % y el 30 % de esta arena usada se recupera en unas pocas aplicaciones, como la industria cementera, los suelos agrícolas y el recubrimiento de vertederos. Sin embargo, estos sectores no pueden absorber la cantidad total de arena generada, por lo que el porcentaje restante se deposita en vertederos.

El vertido de arena de fundición sigue siendo un grave problema ambiental en Europa debido a su considerable cantidad. Además, implica que se pierde una gran cantidad de material disponible con propiedades interesantes para su posible reciclaje (mineral de sílice). La arena de sílice, aunque abundante en la naturaleza, es un recurso no renovable, cuya extracción (extracción en canteras y dragado), procesamiento y transporte se traduce en importantes impactos ambientales en términos de Potencial de Calentamiento Global (92-120 g de CO2 equivalente por kg de arena de sílice seca obtenida), contaminantes atmosféricos, ruido, pérdida de suelo (estimada en 0,4 ha por tonelada de arena extraída) y alteración del paisaje natural, con la consiguiente pérdida de hábitat para la fauna. La reutilización de la arena de fundición minimizaría estos impactos.

El uso de arena de fundición recuperada (SFS) como árido fino secundario en un sector con uso intensivo de materiales como la construcción ofrece prometedoras opciones de valorización. La arena debe cumplir las especificaciones técnicas pertinentes para cada aplicación y, además, cumplir diversas condiciones ambientales para usos no ligados, donde la arena está en contacto directo con el suelo. El proyecto LIFE ECO-SANDFILL, financiado con fondos europeos, investiga el uso de SFS como árido fino en aplicaciones de construcción, específicamente para aplicaciones geotécnicas (terraplenes), morteros fluidos y materiales de baja resistencia controlada (CLSM). También se está evaluando el potencial de reutilización de alta calidad en fundición.

Para ello, se ha construido un prototipo de un novedoso sistema mecánico de recuperación de arena de fundición sólida (SFS), basado en la atrición de los granos de arena mediante fuerza centrífuga, e integrado en el circuito de arena de moldeo de una fundición de acero ubicada en el País Vasco (ES). El SFS generado en la fundición, tras la colada y el desmoldeo del metal, se está tratando en el prototipo para eliminar las impurezas de los aglutinantes y del proceso de colada, y para que la arena recuperada alcance la calidad requerida para las diferentes aplicaciones previstas en el proyecto. El rendimiento ambiental, técnico y económico de la solución se validará en tres casos prácticos a escala real que se ejecutarán en las obras de construcción de la Red de Alta Velocidad Madrid-Irún, en las inmediaciones de la fundición y mediante una prueba piloto de colada de piezas de acero en la propia fundición, utilizando arena recuperada en la fabricación de los moldes.

Este artículo describe las actividades preparatorias llevadas a cabo antes de ejecutar las demostraciones de fundición y construcción, centradas en estudios de dosificación y ensayos de caracterización de una serie de muestras y especímenes de arena fabricados utilizando SFS (sin tratar y regenerada) en sus formulaciones. A partir de los resultados del análisis químico, se ha concluido que la arena regenerada obtenida en el prototipo integrado acoplado al circuito de arena química de la fundición cumple las condiciones ambientales para aplicaciones de construcción y podría usarse con seguridad en demostraciones de mortero, CLSM y terraplenes, siempre que se cumplan los requisitos técnicos aplicables. En el caso de las aplicaciones de fundición, se ha encontrado que la arena recuperada no cumple con las estrictas especificaciones para la fabricación de machos. Se compara el rendimiento de varias mezclas de moldeo para un sistema PEP SET, con cantidades variables de arena recuperada térmicamente, principalmente arena recuperada mecánicamente y arena recuperada en el prototipo LIFE ECO-SANDFILL.