Purificación de gases de combustión multicontaminantes para la producción de carbonato de baterías de litio de nueva generación.

Estudio de caso · Control de emisiones industriales

Cómo un importante productor de carbonato de litio logró cumplir simultáneamente con los estándares de emisiones ultrabajas de SO₂, NOx, PM, telurio, fluoruro y niebla ácida a partir de 100 000 Nm³/h de gases de escape de hornos túnel, mediante el despliegue de un sistema de tratamiento integrado pionero de cinco etapas que combina el lavado en torre de llenado, la desnitrificación oxidativa COA, la desulfuración de gases de combustión con caliza y yeso, la precipitación electrostática húmeda y la mitigación de la pluma magnética.

Emisiones de carbonato de las baterías de litio
Desnitrificación oxidativa de COA
Precipitador electrostático húmedo
Recuperación de telurio y fluoruro
Reducción de la columna de humo blanco

84%
Eliminación de SO₂
Desulfuración de gases de combustión de caliza y yeso
60%
Eliminación de NOx
Desnitrificación oxidativa de COA
99.5%
Eliminación de telurio
Recuperación de la torre de llenado
100,000
Nm³/h
Volumen estándar de gases de combustión

01 — Antecedentes de la industria

El carbonato de litio como material crítico para baterías y el entorno regulatorio cada vez más estricto en materia de emisiones.

El carbonato de litio es una materia prima esencial en la producción de materiales catódicos para baterías de iones de litio, vitrocerámica y productos químicos especializados. El crecimiento exponencial a nivel mundial de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala ha impulsado una rápida expansión de la capacidad de producción de carbonato de litio, que pasó de 4,1 t/a en 2014 a 39,5 millones de toneladas en 2022 (una tasa de crecimiento anual compuesta de 281 TP3T) y se prevé que alcance los 110 millones de toneladas anuales, con un crecimiento adicional hasta los 51,79 millones de toneladas, proyectado a una tasa de crecimiento anual de 31,11 TP3T. La producción de carbonato de litio es fundamental para la cadena de suministro de vehículos de nueva energía, y las políticas nacionales en múltiples jurisdicciones designan las nuevas energías, los nuevos materiales y los vehículos de nueva energía como prioridades estratégicas de desarrollo en sus planes quinquenales.

El productor objeto de este estudio de caso se especializa en la investigación, desarrollo, producción y venta de materiales de litio para energías renovables y tecnología de rubidio-cesio. Esta importante empresa integrada, basada en los abundantes recursos locales de litio y rubidio en mica de nubes, ha desarrollado una tecnología avanzada de extracción de litio a partir de mica de nubes que aborda los problemas tradicionales de alto consumo energético y baja recuperación de la industria extractiva. La empresa cuenta con el respaldo de una empresa matriz con recursos tecnológicos avanzados y participa en la cadena de valor de los materiales de litio y los sistemas de baterías como proveedor verticalmente integrado.

El proceso de producción de carbonato de litio de grado batería utiliza hornos túnel para la sinterización a alta temperatura de precursores de carbonato. Estos hornos túnel, alimentados con gas natural, generan 100 000 Nm³/h de gases de combustión a 220 °C que contienen una mezcla compleja de SO₂, NOx, partículas finas, compuestos de telurio, compuestos de flúor y especies de óxido de nitrógeno, provenientes tanto de la química de combustión a alta temperatura como de la evaporación de contaminantes traza de las materias primas de carbonato. A medida que las regulaciones ambientales se han endurecido, particularmente después de la 2024 Reglamento de gestión de permisos de descarga de contaminantes Debido a la política de control de emisiones alineada con la UE, el requisito de que los gases de escape de los hornos túnel de carbonato de litio cumplan con los estándares de emisiones ultrabajas se ha vuelto inevitable.

Sistema de reducción de la columna magnética en modo de espera cerrado que muestra una columna blanca visible desde la chimenea de gases de escape del horno túnel de carbonato de baterías de litio antes de la activación del sistema integrado de purificación de gases de combustión.

“Los gases de escape de los hornos túnel de carbonato para baterías de litio presentan un desafío único para el control de múltiples contaminantes: la presencia simultánea de SO₂, NOx, compuestos de telurio, fluoruro y partículas finas, junto con una columna de humo blanco proveniente de los gases de escape posteriores al depurador, que presentan alta humedad, requiere cinco tecnologías de tratamiento distintas que operen de forma coordinada. Ninguna tecnología por sí sola puede abordar todas estas categorías de contaminantes.”

— Resumen técnico de ingeniería, Proyecto de purificación de gases de combustión para la industria de baterías de litio de nueva energía

02 — Perfil de contaminación

Gases residuales de hornos túnel: siete categorías de contaminantes simultáneas, incluyendo telurio y recuperación de fluoruro

El horno túnel de carbonato para baterías de litio funciona con gas natural con un consumo aproximado de 1000 m³/h. El horno genera 100 000 Nm³/h (180 000 Nm³/h en condiciones de proceso) de gases de escape a 220 °C. Estos gases de escape contienen simultáneamente las siguientes categorías de contaminantes regulados:

  • SO₂ a una concentración inicial de 100–500 mg/Nm³ (El rango refleja la variabilidad de la materia prima de carbonato entre lotes). Salida objetivo: ≤80 mg/Nm³ mediante FGD de caliza-yeso con una eficiencia de eliminación de 84%. El amplio rango de entrada implica que el sistema FGD debe dimensionarse para el escenario máximo de 500 mg/Nm³.
  • NOx a 30–50 mg/Nm³A diferencia de las calderas industriales o los hornos de fundición, donde las concentraciones de NOx son mucho mayores, las del horno túnel se encuentran en niveles relativamente moderados, pero aun así deben cumplir con el límite de ≤80 mg/Nm³. La desnitrificación mediante COA (oxidación de dióxido de cloro o absorción catalítica por oxidación) logra una eficiencia de eliminación de 60% en este rango de concentración.
  • Material particulado (PM) a 30–50 mg/Nm³Salida objetivo: ≤20 mg/Nm³. Partículas finas de carbonato y óxido procedentes del proceso de sinterización. El precipitador electrostático húmedo logra una eliminación de polvo de 60% junto con los demás efectos de pulido de partículas de las etapas de lavado. Eficiencia real de eliminación de polvo en todo el sistema: aproximadamente 69%.
  • Compuestos de telurio (Te) a 0,5–10 mg/Nm³Salida objetivo: ≤0,05 mg/Nm³. El telurio es un elemento raro de importancia estratégica, presente como impureza traza en algunas materias primas de carbonato de litio. Se evapora durante la sinterización a alta temperatura y debe capturarse para su recuperación, además de controlarse hasta alcanzar un límite de emisión extremadamente bajo. La etapa de depuración de la torre de llenado (torre de empaquetamiento) logra una eficiencia de eliminación de telurio del 99,51 TP3T, recuperando el telurio para su reutilización.
  • Fluoruro (HF) a 0,16–20 mg/Nm³Salida objetivo: ≤6 mg/Nm³. El amplio rango de entrada refleja la variabilidad en el contenido de fluoruro de la materia prima. El lavado con caliza forma fluoruro de calcio insoluble durante la desulfuración de gases de combustión (FGD), lo que contribuye a la eliminación de fluoruro junto con las etapas de lavado de gases ácidos.
  • Niebla ácida (niebla) a 23–30 mg/Nm³Salida objetivo: ≤15 mg/Nm³. Las finas gotas de aerosol ácido procedentes de las etapas de lavado deben capturarse antes de la descarga final. El precipitador electrostático húmedo elimina la niebla ácida y, al mismo tiempo, pule las partículas finas. Eficiencia de eliminación de niebla ácida: 70%.
  • Pluma blanca visibleEl escape posterior al depurador está saturado de vapor de agua y aerosoles residuales a aproximadamente 40 °C. Una combinación de precipitador electrostático húmedo con reducción magnética de la pluma (MPA) proporciona el pulido final para lograr una descarga invisible en todas las condiciones ambientales.
Parámetro Concentración inicial Outlet (Diseño) Límite de la UE para artefactos explosivos improvisados ​​(IED) / NER
NOx 30–50 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ Directiva IED 2010/75/UE: 100 mg/Nm³ (combustión)
SO₂ 100–500 mg/Nm³ ≤80 mg/Nm³ Decreto de Actividades Neerlandesas NER
Material particulado (PM) 30–50 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ Decreto de Actividades Neerlandés NER ≤5 mg/Nm³
Telurio (Te) 0,5–10 mg/Nm³ ≤0,05 mg/Nm³ BAT de IED metales pesados
Fluoruro (HF) 0,16–20 mg/Nm³ ≤6 mg/Nm³ IED 2010/75/UE HF BAT
Niebla ácida 23–30 mg/Nm³ ≤15 mg/Nm³ Murciélago IED
Pluma blanca visible Presente Ninguno (invisible) No se observa ninguna columna de humo blanco.
Volumen nominal (estándar) de gases de combustión 100.000 Nm³/h — —
Volumen de gases de combustión del proceso 180.000 Nm³/h (en condiciones) — —
Temperatura de los gases de combustión (a la salida del horno) 220°C — —

03 — Solución de tratamiento

Sistema de purificación integrado de cinco etapas con recuperación de telurio y eliminación de la nube blanca.

El sistema de tratamiento integrado se diseñó para abordar las siete categorías de contaminantes en una secuencia coordinada de cinco etapas. En lugar de tratar cada contaminante de forma aislada, el sistema aprovecha las ventajas de la captura cruzada en cada etapa y coordina la química de los reactivos para que los subproductos de la reacción de una etapa contribuyan a la eficiencia de la siguiente.

Etapa 1: Preenfriamiento en la entrada del ventilador de tiro inducido

Se aplica un aditivo al agua de refrigeración en la entrada del ventilador de tiro inducido para reducir la temperatura de los gases de combustión de 220 °C a aproximadamente 120 °C, evitando que los materiales anticorrosivos superen su temperatura nominal en todo el equipo de tratamiento posterior y protegiendo los componentes internos del depurador húmedo de daños térmicos.

Etapa 2: Torre de llenado de primera etapa (Torre de empaquetamiento: eliminación de telurio y fluoruro)

El gas a aproximadamente 120 °C ingresa a la primera etapa de la torre de llenado, donde entra en contacto con el líquido de lavado recirculante. En esta torre, los compuestos de telurio y el fluoruro presentes en el gas reaccionan con el agua para formar compuestos solubles que se absorben en el líquido de lavado. A medida que el nivel del líquido circulante de la torre de llenado aumenta gradualmente, parte de las aguas residuales que contienen telurio y fluoruro se transfieren al tanque de ajuste de espesamiento/desalinización mediante bombas de transferencia. Estas aguas residuales primarias con telurio, combinadas con fluoruro de calcio añadido, experimentan una reacción: la adición de fluoruro de calcio provoca su precipitación, y el líquido se procesa posteriormente mediante filtración a presión para lograr la separación sólido-líquido, eliminando el fluoruro soluble en agua y logrando el reciclaje del agua. La clave de esta etapa reside en el control del pH en el líquido recirculante de la torre de llenado (torre de eliminación de telurio), el ajuste simultáneo del funcionamiento de la bomba de circulación en función de la temperatura de los gases de combustión y el contenido de compuestos de telurio, y la regulación de las cantidades de adición de telurio y promotor. La torre de llenado logra una eficiencia de eliminación de telurio del 99,51 TP3T y de fluoruro del 701 TP3T.

Etapa 3: Sistema de desnitrificación COA

El gas posterior al lavador vuelve a entrar en el sistema de desnitrificación COA (Oxidación de dióxido de cloro / Absorción oxidativa catalítica). En este punto, el gas de combustión aún contiene NOx oxidable. El mecanismo de desnitrificación COA oxida el NO (poco soluble en agua) a NO₂ (altamente soluble en agua) mediante un oxidante de dióxido de cloro, lo que permite la posterior absorción por lavado húmedo para lograr una eliminación significativa de NOx que el lavado convencional con agua o alcalino por sí solo no puede lograr. El sistema COA alcanza una eficiencia de desnitrificación de 60%, reduciendo el NOx de 30–50 mg/Nm³ de entrada a ≤80 mg/Nm³ de salida. Después de la desnitrificación COA, el gas pasa a la etapa FGD para la eliminación de dióxido de azufre.

Etapa 4: Torre de desulfuración de gases de combustión de caliza y yeso (φ4,6 m, 202.000 Nm³/h)

El gas posterior al COA entra en la torre FGD de caliza-yeso para la eliminación de SO₂. La torre FGD alcanza una eficiencia de desulfuración de 84%, reduciendo el SO₂ de 100–500 mg/Nm³ a ≤80 mg/Nm³. Parámetros clave: diámetro interno de la torre φ4,6 m; relación líquido-gas 15,5; capas de pulverización 3; caudal de bomba única 600 m³/h; tiempo de sedimentación de la pulpa 5 h; consumo operativo de caliza 65 kg/h (uso máximo); producción de yeso 131 kg/h (producción máxima); contenido de humedad del yeso ≤15%; eliminador de niebla de primera etapa tipo pantalla de 2 capas; eliminador de niebla de segunda etapa eliminador de niebla de pantalla de 1 capa + 1 conjunto de eliminador de niebla de haz de tubos; capacidad de almacenamiento intermedio de caliza 10 m³ con autonomía de 7 días. El yeso, subproducto de la reacción de desulfuración de gases de combustión (FGD), se deshidrata y puede reutilizarse como material de construcción.

Etapa 5: Precipitador electrostático húmedo (WESP) + Reducción de la pluma magnética

El gas posterior a la desulfuración de gases de combustión (FGD), que contiene partículas finas residuales, gotas de niebla ácida y vapor de agua saturado, ingresa al precipitador electrostático húmedo (modelo BLSD360-64, configuración externa de torre, entrada inferior/salida superior). El WESP aplica un campo de alto voltaje (generador BLEMG-2K, potencia promedio de 80 kW, eficiencia de purificación ≥95%) para ionizar las partículas finas residuales de aerosol y la niebla ácida, dirigiéndolas hacia el electrodo de recolección. Concentración de contaminantes mixtos de entrada: 100 mg/m³; salida: 5 mg/m³. Dimensiones del equipo: 6200 × 7200 mm en planta; altura 17900 mm; resistencia del sistema 350 Pa; presión de diseño ±5000 Pa; temperatura de operación <40 °C. La función de reducción de la columna magnética del generador BLEMG-2K proporciona la eliminación final de la columna blanca después de que el WESP pula profundamente el flujo de gas, lo que garantiza una descarga invisible en la chimenea.

Túnel
Horno
220°C
→
Preenfriar
→120°C
Aficionado de las FDI
→
Torre de llenado ⭐
Eliminación de Te + F⁻
99.5% / 70%
→
COA ⭐
Desnitrificación
60% NOx
→
FGD ⭐
Caliza
84% SO₂
→
WESP+MPA ⭐
PM/Niebla/Pluma
≥95%
→
Limpio
Pila

⭐ Equipos nuevos o mejorados en este proyecto

Diagrama de flujo del proceso de purificación de gases de combustión multicontaminantes para el tratamiento de gases de escape de un horno túnel de carbonato para baterías de litio, que muestra la torre de llenado de preenfriamiento, la eliminación de telurio, la desnitrificación de COA, la desulfuración de gases de combustión de caliza-yeso y el precipitador electrostático húmedo con etapas de reducción de la pluma magnética.

Planos de elevación del diseño de fachada del sistema integrado de purificación de gases de combustión multicontaminantes para la producción de carbonato de baterías de litio de nueva energía. Gases de escape del horno del túnel que muestran la torre de llenado, el depurador FGD y la configuración del precipitador electrostático húmedo.

04 — Ventajas principales

Por qué esta arquitectura de cinco etapas es la solución adecuada para los gases residuales de carbonato de los hornos túnel.

  • ✓
    Recuperación de telurio con una eficiencia del 99,51% (TP3T): un activo generador de ingresos, no solo una obligación de cumplimiento. El telurio es un elemento raro de importancia estratégica y gran valor comercial. Con una eficiencia de eliminación del 99,51% (TP3T) para concentraciones de entrada de 0,5 a 10 mg/Nm³, la etapa de llenado de la torre recupera el líquido de lavado rico en telurio que, tras la precipitación con fluoruro de calcio y la filtración a presión, puede procesarse para recuperar el telurio y reutilizarlo en la fabricación de materiales para baterías. La obligación de capturar el telurio hasta ≤0,05 mg/Nm³ genera simultáneamente una oportunidad de recuperación de recursos que compensa parcialmente el coste operativo del sistema de tratamiento.
  • ✓
    La desnitrificación con COA logra una eliminación de NOx que el lavado húmedo convencional no puede: El lavado húmedo alcalino estándar absorbe NO₂ pero no NO, que representa entre 90 y 951 TP3T de NOx en hornos túnel. El sistema COA oxida el NO a NO₂ utilizando dióxido de cloro antes de la etapa de absorción húmeda, lo que permite una eficiencia de eliminación de NOx de 601 TP3T, inalcanzable solo con el lavado húmedo estándar. Este enfoque elimina la necesidad de un lecho catalítico SCR independiente, que requeriría un acondicionamiento de gas a alta temperatura y añadiría un coste de capital significativo y una caída de presión considerable para las concentraciones de NOx relativamente moderadas en esta aplicación.
  • ✓
    Proceso integrado de reacción-coagulación-sedimentación para aguas residuales con telurio: descarga cero de compuestos peligrosos en forma líquida. El líquido de lavado que contiene telurio y fluoruro, procedente de la torre de llenado, se procesa mediante una cadena integral de reacción-coagulación-sedimentación: adición de fluoruro de calcio para la precipitación del fluoruro, coagulación, filtración a presión para la separación sólido-líquido, y el filtrado se recircula al sistema. Esto elimina la descarga continua de aguas residuales contaminadas con telurio, permite el reciclaje del agua y garantiza que el telurio se recupere como producto sólido en lugar de ser vertido al sistema de aguas residuales.
  • ✓
    Ventajas del sistema de desulfuración de gases de combustión (FGD) de caliza y yeso para aplicaciones de carbonato de litio: El proceso de caliza-yeso fue seleccionado por sus siete ventajas específicas: (1) bajo consumo de energía; (2) el subproducto de yeso puede manejarse sin contaminación secundaria; (3) pequeño tamaño, diseño de flujo racional; (4) optimización mediante simulación por computadora para baja resistencia y eficiencia energética; (5) diseño de baja velocidad de gas para absorción uniforme; (6) la materia prima de caliza es abundante, de amplia disponibilidad y de bajo costo; (7) el interior de la torre utiliza pulverización a contracorriente y diseño de eliminador de niebla para reducir la deposición en las paredes de la torre. La química de la caliza-yeso también es compatible con el contenido de fluoruro de las materias primas carbonatadas, capturando el fluoruro como fluoruro de calcio insoluble dentro del circuito de lodo de FGD en lugar de liberarlo a las aguas residuales de yeso.
  • ✓
    El precipitador electrostático húmedo logra un pulido pulido profundo y la eliminación de la niebla ácida simultáneamente: El sistema BLSD360-64 WESP (modelo BLEMG-2K) combina la captura electrostática de partículas y la reducción magnética de la columna de humo en una sola unidad. El campo de alto voltaje ioniza las partículas finas residuales (incluidos los finos cristalitos de sulfato de calcio de la etapa de desulfuración de gases de combustión que pasan por el eliminador de niebla) y las captura en el electrodo colector, capturando simultáneamente las gotas de niebla ácida residual y el aerosol de agua que generan la columna de humo blanca visible. La eficiencia de purificación combinada ≥95% proporciona una concentración de contaminantes mixtos a la salida de 5 mg/m³ y elimina la columna de humo blanca visible en una sola etapa.
  • ✓
    El reinicio automático con un solo botón y el control de retroalimentación en tiempo real reducen la carga de trabajo del operador y el riesgo de errores de respuesta: Cada torre y estanque del sistema está equipado con medidores de nivel de líquido que proporcionan información en tiempo real al sistema de control, bloqueando automáticamente las válvulas y bombas de entrada de agua. La información sobre la preparación de la solución de urea y la descomposición térmica de la urea, que se transmite al sistema de control, permite la función de reinicio automático con un solo botón, lo que reduce el riesgo de errores del operador durante los reinicios del sistema, que son los periodos de mayor riesgo de incumplimiento en sistemas con carga variable elevada.

05 — Resultados operativos

Datos de cumplimiento verificados: Los siete parámetros están por debajo de los límites de la Directiva IED de la UE / NER holandesa.

≤80 mg
Salida de SO₂ (límite 80)
Extracción del 84%
≤80 mg
Salida de NOx (límite 80)
Eliminación del certificado de análisis 60%
≤20 mg
Punto de venta PM (límite de 20)
Eliminación de polvo 69%
≤0,05 mg
Salida (límite 0,05)
Recuperación de telurio 99,5%
≤6 mg
Salida de alta frecuencia (límite de 6)
Eliminación de fluoruro 70%
1.047 kW
potencia real en marcha
(máx.: 1.186 kW)

La potencia máxima instalada del sistema completo es de 1186,67 kW; la potencia operativa real es de 1047,52 kW. Con un funcionamiento continuo de 24 horas y un coste de 0,36 RMB/kWh, el coste diario de electricidad es de 9050,57 RMB; con 8000 horas de funcionamiento anuales, el coste anual de electricidad es de aproximadamente 301 683,76 RMB. Coste anual del agua: aproximadamente 8 RMB (4,66 t/h a 2 RMB/t). Coste anual de la caliza: aproximadamente 15,36 RMB (64 kg/h a 300 RMB/t).

Escenarios de aplicación de un sistema de purificación de gases de combustión multicontaminantes en una planta de producción de carbonato para baterías de litio de nueva energía, que muestra la instalación completa con torre de llenado, desnitrificación de COA, lavador de gases de combustión (FGD) y precipitador electrostático húmedo, logrando una descarga de chimenea limpia e invisible.

06 — Precauciones de implementación

Lecciones críticas de ingeniería y operación para el tratamiento de los gases residuales de los hornos de carbonato de litio.

  • ⚠️
    Las fluctuaciones de la temperatura de los gases de combustión y del SO₂ son la principal causa de inestabilidad en la descarga del sistema; asegúrese de mantener una comunicación operativa estrecha entre el equipo del horno y la sala de control del tratamiento: El principal riesgo operativo documentado son las fluctuaciones de la temperatura de los gases de combustión y de la concentración de SO₂. La concentración de SO₂ a la entrada puede variar entre 100 y 500 mg/Nm³ según el lote de materia prima de carbonato. Debe establecerse y aplicarse un protocolo formal de notificación anticipada para los cambios planificados en la producción que afecten la composición o el volumen del gas. Un aviso con un mínimo de 15 minutos de antelación sobre cualquier cambio en los parámetros de funcionamiento del horno permite que el sistema de control de la desulfuración de gases de combustión (FGD) preposicione la dosificación de reactivos antes de que el cambio de concentración llegue al absorbedor.
  • ⚠️
    El control del pH en la torre de llenado (torre de eliminación de telurio) es el parámetro operativo más sensible: La clave para el buen desempeño en la eliminación de telurio reside en el control del pH en el líquido recirculante de la torre de llenado, ajustando simultáneamente el funcionamiento de la bomba de circulación en función de la temperatura de los gases de combustión y el contenido de compuestos de telurio. Si el pH se desvía del rango óptimo de absorción, la eficiencia de eliminación de telurio disminuye rápidamente, lo que genera un incumplimiento de la normativa y una pérdida de valor de recuperación. Se recomienda implementar un monitoreo continuo del pH con puntos de ajuste de alarma en los límites inferior y superior del rango de pH objetivo, con un bloqueo automático para la adición de agua fresca cuando el pH supere el límite superior del rango objetivo.
  • ⚠️
    La monitorización de la temperatura de entrada de la torre de llenado (lavador primario) y de la torre de desulfuración de gases de combustión (FGD) debe retroalimentar al sistema de control para proteger los equipos posteriores: El control de temperatura en las entradas de la primera y segunda etapa de la torre debe estar conectado al sistema de control con capacidad de retroalimentación automática. La temperatura del gas medida ajusta los parámetros de funcionamiento del equipo y los puntos de consigna del proceso en tiempo real, protegiendo los materiales anticorrosivos de superar su temperatura nominal y asegurando que la química de la desulfuración de gases de combustión (FGD) opere dentro del rango de temperatura óptimo para la disolución de la caliza y la oxidación del sulfito de calcio.
  • ⚠️
    Las fugas en las tuberías durante el proceso de producción constituyen el riesgo operativo secundario: el entorno de gas corrosivo acelera la degradación de las juntas y los sellos. La combinación de gas ácido y compuestos de telurio crea un ambiente corrosivo agresivo para todas las tuberías en contacto con el fluido. Realice inspecciones visuales semanales de todas las conexiones de tuberías y válvulas, prestando especial atención a las caras de las bridas, los fuelles de las juntas de expansión y los sellos mecánicos de las bombas. Mantenga un inventario de repuestos para todas las secciones críticas de las tuberías. El reemplazo de secciones de tuberías en caso de emergencia debe poder realizarse en un plazo de 4 horas para evitar que la interrupción de la producción se extienda más allá del período de mantenimiento planificado.
  • ⚠️
    Las aguas residuales que contienen telurio procedentes de la torre de llenado deben tratarse como un flujo de residuos peligrosos hasta que se confirme que la concentración de telurio en el efluente está por debajo del umbral establecido: El telurio está clasificado como sustancia peligrosa según el reglamento REACH de la UE cuando su concentración supera los umbrales ambientales. Las aguas residuales procedentes de la reacción en la torre de llenado contienen compuestos de telurio disueltos y sólidos de fluoruro de calcio que deben caracterizarse mediante análisis de laboratorio antes de confirmar cualquier vía de vertido o reutilización. El producto sólido de la filtración a presión (torta de telururo de calcio/fluoruro de calcio) también debe clasificarse antes de su eliminación o reutilización.
  • ⚠️
    El sistema de alta tensión (80 kV) de WESP requiere estrictos protocolos de seguridad eléctrica y controles de acceso para el personal: El precipitador electrostático húmedo opera a aproximadamente 80 kV de alta tensión. El acceso de todo el personal a la zona WESP debe regirse por un procedimiento formal de bloqueo/etiquetado (LOTO) con aislamiento físico mediante llave de la fuente de alimentación de alta tensión antes de cualquier entrada. Se requiere una inspección anual de seguridad eléctrica por parte de una organización de pruebas eléctricas certificada según la normativa neerlandesa de instalaciones eléctricas (NEN 3140). El sistema SCADA del generador BLEMG-2K debe incluir un enclavamiento de seguridad para el personal verificado que impida la energización de alta tensión cuando la puerta de acceso esté abierta.

07 — Conclusiones de ingeniería

Cuatro lecciones aprendidas de este proyecto de purificación de gases de combustión de carbonato de baterías de litio

  • 1
    Los requisitos de cumplimiento normativo y las oportunidades de recuperación de recursos no son alternativas, sino que pueden diseñarse para reforzarse mutuamente. El requisito de captura de telurio (salida ≤0,05 mg/Nm³) impulsa simultáneamente una recuperación de telurio del 99,51 TP3T del flujo de gases residuales. El telurio recuperado tiene un valor de reutilización directo en la fabricación de materiales para baterías. Los proyectos que conciben los requisitos de cumplimiento exclusivamente como obligaciones de costos pierden la oportunidad económica de recuperar compuestos comercialmente valiosos que, de todos modos, las regulaciones exigen capturar. La recuperación de telurio, fluoruro, yeso y calor son ejemplos de este proyecto donde el requisito de cumplimiento y la oportunidad de recuperación de recursos están alineados.
  • 2
    La desnitrificación oxidativa COA es la tecnología apropiada para concentraciones moderadas de NOx (30–50 mg/Nm³) en aplicaciones de lavado húmedo donde el SCR sería sobredimensionado. Cuando la concentración de NOx a la entrada es inferior a 100 mg/Nm³ y el sistema de tratamiento ya incluye etapas de lavado húmedo, la desnitrificación de COA (eliminación de 60%, sin necesidad de lecho catalítico, operable a las temperaturas de funcionamiento del depurador) resulta más económica y operativamente apropiada que la SCR (que requiere gestión de temperatura de 350–400 °C, adquisición y sustitución de catalizadores, y un sistema de inyección de amoníaco o urea). La decisión sobre la tecnología debe basarse en el nivel específico de concentración de NOx y el contexto del sistema de tratamiento, y no en la familiaridad del redactor de la especificación con una tecnología en particular.
  • 3
    Los amplios rangos de concentración de contaminantes en la entrada exigen que el dimensionamiento del sistema se base en el peor de los casos, no en el promedio. El rango de entrada de SO₂ de 100–500 mg/Nm³ representa una variación de 5× entre el mínimo y el máximo. Un sistema dimensionado para el promedio (por ejemplo, 300 mg/Nm³) con una eficiencia de eliminación de 84% alcanzaría una salida de 48 mg/Nm³ en condiciones promedio, pero una salida de 80 mg/Nm³ —exactamente en el límite— durante eventos de pico de 500 mg/Nm³, y cualquier imperfección operativa provocaría una superación del límite de cumplimiento. La base de diseño correcta es siempre la concentración máxima de entrada; el margen de cumplimiento durante los períodos de concentración promedio es el amortiguador incorporado contra la variabilidad operativa.
  • 4
    Aprovechar la infraestructura de procesos existente en lugar de diseñar un sistema de tratamiento completamente nuevo reduce los costos de capital y las interrupciones durante la instalación. Este proyecto se basó en la infraestructura tecnológica y de procesos existente de la planta, optimizando los puntos de integración entre las nuevas etapas de tratamiento y los equipos existentes, en lugar de reemplazar la infraestructura funcional. La disciplina de ingeniería clave consiste en caracterizar correctamente la contribución de la infraestructura existente (caudales, temperaturas, presiones, química) y diseñar únicamente la capacidad de tratamiento adicional que el sistema actual no puede proporcionar. Este enfoque suele reducir el costo de capital del proyecto entre 20 y 351 TP3T en comparación con el diseño de un sistema de tratamiento completamente nuevo.

08 — Preguntas frecuentes

Tratamiento de los gases residuales del horno túnel de carbonato para baterías de litio: Diez preguntas respondidas

Preguntas de gestores de permisos medioambientales, ingenieros de producción de materiales para baterías y equipos de sostenibilidad en instalaciones de fabricación de carbonato de litio y material activo para cátodos que planifican mejoras en la purificación de gases de combustión según los requisitos de la Directiva IED de la UE y el Decreto de Actividades neerlandés.

P1. ¿Por qué se utiliza la desnitrificación COA en lugar de SCR para el NOx en esta aplicación?
El SCR requiere que el gas esté a 350–400 °C para una reacción catalítica eficaz. El gas de escape del horno túnel de carbonato de litio ya se ha preenfriado a aproximadamente 120 °C antes de las etapas de tratamiento. Recalentar el gas a la temperatura de operación del SCR añadiría una penalización energética significativa y un coste de capital para el intercambiador de calor. La desnitrificación COA opera a temperaturas de lavado ambiente (30–70 °C), no requiere lecho catalítico y logra una eliminación de NOx 60% en el rango de concentración de entrada de 30–50 mg/Nm³ de esta aplicación, lo cual es suficiente para cumplir con el límite de salida ≤80 mg/Nm³. Para concentraciones de NOx más altas (superiores a 200 mg/Nm³), el SCR proporcionaría una mayor eficiencia de eliminación y podría ser preferible a pesar del coste de gestión de la temperatura; a 30–50 mg/Nm³, el COA es la opción más rentable y operativamente apropiada.
P2. ¿Qué sucede con el telurio recuperado en el líquido de lavado de la torre de llenado?
El licor de lavado que contiene telurio procedente de la torre de llenado se transfiere a un tanque de ajuste de espesamiento/desalinización, donde se añade fluoruro de calcio. La adición de fluoruro de calcio provoca su precipitación (capturando el fluoruro de la solución) y también promueve la coagulación de los compuestos de telurio. La suspensión resultante se somete a filtración a presión para la separación sólido-líquido, produciendo una torta sólida que contiene compuestos de telurio concentrados y sólidos de fluoruro de calcio. Esta torta es un insumo comercial para las operaciones de recuperación y refinación de telurio. El filtrado clarificado se recicla de nuevo a la torre de llenado como licor de lavado de reposición, logrando así el reciclaje interno del agua. Antes de confirmar cualquier vía de descarga o reutilización, debe medirse la concentración de telurio en el filtrado y confirmarse que se encuentra por debajo del umbral ambiental aplicable según el reglamento REACH de la UE.
P3. ¿Cuál es el marco de cumplimiento para los gases de escape de los hornos de carbonato de litio según la Directiva IED de la UE y la normativa holandesa?
Las instalaciones de producción de carbonato de litio en los Países Bajos entran dentro del ámbito de aplicación de la Directiva de Emisiones Industriales de la UE (DEI 2010/75/UE) como instalaciones del sector químico inorgánico. Las conclusiones de las Mejores Técnicas Disponibles (MTD) aplicables establecen valores límite de emisión para SO₂, NOx, polvo, HF y metales pesados, incluido el telurio. Los permisos ambientales neerlandeses se emiten en virtud del Decreto de Actividades (Activiteitenbesluit milieubeheer) y la Ley de Medio Ambiente (Omgevingswet), con límites específicos para cada emplazamiento establecidos por el Servicio de Medio Ambiente (Omgevingsdienst) a nivel provincial. El telurio y el fluoruro están sujetos a condiciones de permiso específicas como sustancias peligrosas en virtud del Reglamento REACH (CE) 1907/2006 de la UE. Los requisitos del Sistema de Monitoreo de Emisiones Continuas (SEMC) en virtud de los permisos neerlandeses para la producción química inorgánica incluyen el monitoreo continuo de SO₂, NOx, PM, HF y O₂, con muestreo periódico de metales pesados ​​y otros parámetros específicos del sector. Todos los sistemas CEMS deben estar certificados según las normas EN 14181 QAL1/QAL2/AST y conectados al sistema de notificación de la autoridad competente.
P4. ¿Cómo gestiona el sistema de desulfuración de gases de combustión (FGD) de caliza y yeso el rango de concentración de entrada de SO₂ de 100–500 mg/Nm³?
El sistema FGD está diseñado para la condición máxima de entrada de SO₂ (500 mg/Nm³) con la eficiencia de eliminación objetivo 84%, logrando una salida de ≤80 mg/Nm³ en esta condición de peor caso. Cuando la entrada real de SO₂ es menor (100 mg/Nm³), el sistema logra una salida de ≤16 mg/Nm³, un margen de cumplimiento mayor. Los analizadores de SO₂ en línea, tanto en la entrada como en la salida del FGD, monitorean continuamente la concentración, lo que permite ajustar dinámicamente la tasa de dosificación de lodo de caliza según varíe la concentración de entrada. La capacidad de almacenamiento de caliza proporciona una autonomía de 7 días, asegurando que las interrupciones temporales del suministro no afecten el cumplimiento. Con la carga máxima de SO₂, el consumo de caliza es de 65 kg/h y la producción de yeso es de 131 kg/h; estas tasas aumentan proporcionalmente con la concentración real de SO₂ de entrada.
P5. ¿Qué costos operativos anuales se deben presupuestar para este sistema de tratamiento integrado?
Las principales categorías de costos operativos anuales son: (1) Electricidad: 1.047,52 kW de potencia operativa real, a 8.000 horas anuales y 0,36 RMB/kWh equivalente, aproximadamente 301,7 diez mil RMB equivalente; (2) Agua: 4,66 t/h de consumo, aproximadamente 8 diez mil RMB equivalente; (3) Caliza: 64 kg/h a 300 RMB/t, aproximadamente 15,36 diez mil RMB equivalente; (4) Reactivo COA (dióxido de cloro o equivalente): se calculará a partir de la tasa de consumo específica del reactivo COA y el precio de mercado actual; (5) Piezas de repuesto: relleno de la torre de llenado (cada 3 años), inspección de la boquilla del eliminador de niebla FGD (anualmente), limpieza del electrodo de recolección WESP (cada 6 meses), sellos mecánicos de la bomba (anualmente). Las ventas de recuperación de telurio compensan una parte de estos costos, y las ventas de subproductos de yeso proporcionan un crédito adicional.
P6. ¿Se puede aplicar la misma arquitectura de sistema a otros procesos de producción de materiales para baterías de litio (cátodo LFP, cátodo NMC, etc.)?
Sí, con modificaciones específicas del proceso. La producción de cátodos de fosfato de hierro y litio (LFP) genera gases de escape con un contenido significativo de compuestos de fósforo (provenientes de la materia prima de fosfato), lo que requiere una química de lavador de primera etapa modificada para capturar los compuestos de fosfato antes de la etapa de FGD. La producción de cátodos de NMC (níquel, manganeso y cobalto) genera gases de escape con contenido de metales pesados ​​de níquel y cobalto que requiere una química de lavador húmedo optimizada para la captura y recuperación de metales pesados. La arquitectura general de cinco etapas —preenfriamiento, lavado de torre de llenado de primera etapa para la recuperación de metales específicos, desnitrificación oxidativa, FGD de caliza-yeso, WESP con eliminación de pluma— es transferible a otras aplicaciones de hornos de materiales de cátodo, pero la química del lavador de primera etapa debe adaptarse al perfil de elementos traza específico de cada tipo de material de cátodo.
P7. ¿Cómo se gestiona el yeso, subproducto de la fase de desulfuración de gases de combustión (FGD), para cumplir con la normativa medioambiental de la UE?
El yeso FGD (sulfato de calcio dihidratado) producido a una tasa máxima de hasta 131 kg/h se deshidrata hasta un contenido de humedad inferior a 15% antes de su transferencia. Para el yeso FGD procedente de procesos industriales distintos de la generación de energía, la clasificación como subproducto o residuo depende de si el yeso cumple los criterios del Reglamento de Subproductos de la UE y las normas de calidad aplicables. Si se demuestra que el yeso cumple los requisitos de pureza de la norma EN 13279-1 (aglutinantes de yeso) y no contiene contaminantes regulados (incluido el fluoruro procedente de la materia prima de carbonato de litio) en concentraciones superiores a los niveles umbral, puede clasificarse como subproducto y venderse al sector de materiales de construcción. Si el fluoruro u otros contaminantes están presentes por encima del umbral, el yeso debe gestionarse como residuo industrial a través de un contratista autorizado.
P8. ¿Qué requisitos de seguridad eléctrica se aplican al precipitador electrostático húmedo según la normativa holandesa?
La WESP opera a aproximadamente 80 kV de alta tensión, lo que la clasifica como una instalación eléctrica de alta tensión según las normas holandesas NEN 3140 (normas para trabajar en o cerca de instalaciones eléctricas, baja tensión) y NEN 3840 (alta tensión). Todo el personal que pueda acceder a la zona de la WESP debe poseer la certificación NEN 3140/3840 correspondiente y debe seguir el procedimiento documentado de bloqueo/etiquetado (LOTO) antes de cualquier entrada. La fuente de alimentación de alta tensión debe estar equipada con un enclavamiento físico con llave que impida la energización cuando la puerta de acceso esté abierta. Se requiere una inspección anual por parte de una organización de ensayos eléctricos certificada, y cualquier trabajo de mantenimiento en los componentes de alta tensión debe ser realizado por o bajo la supervisión directa de un electricista certificado en alta tensión.
P9. ¿Cómo gestiona el sistema la columna blanca visible procedente de los gases de escape saturados tras la desulfuración de gases de combustión?
El gas de escape posterior a la desulfuración de gases de combustión (FGD) sale del depurador a aproximadamente 40 °C, saturado de vapor de agua y con gotas de aerosol fino residual y niebla ácida. Este gas produciría una columna blanca visible y persistente en la chimenea en la mayoría de las condiciones ambientales sin tratamiento adicional. El precipitador electrostático húmedo (WESP) con generador magnético BLEMG-2K integrado proporciona dos mecanismos para la eliminación de la columna blanca: (1) precipitación electrostática de partículas de aerosol fino y gotas de niebla ácida que sirven como núcleos de condensación para la formación de la columna blanca visible; y (2) función de atenuación magnética de la columna que captura moléculas de vapor de agua saturado y aerosol submicrométrico residual a través del gradiente del campo magnético. La combinación logra una descarga invisible en la chimenea en todas las condiciones normales de operación, con una concentración de contaminantes mixtos a la salida del WESP de 5 mg/m³.
P10. ¿Existen instalaciones de referencia en otras plantas de producción de materiales para baterías de litio que puedan visitarse?
Sí. La tecnología integrada de purificación de gases de combustión implementada en esta planta de carbonato de litio para baterías se ha aplicado a instalaciones similares de producción de materiales para energías renovables. Se pueden concertar visitas de referencia para clientes potenciales cualificados, incluyendo el acceso a datos verificados de cumplimiento del sistema de gestión de emisiones continuas (CEMS), documentación sobre la recuperación de telurio y registros de experiencia operativa. Utilice el enlace de contacto que aparece a continuación para solicitar documentación de referencia o para concertar una visita a una instalación similar de purificación de gases de escape de un horno de materiales para baterías de litio.

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Este estudio de caso se basa en la implementación real de una tecnología integrada de purificación de gases de combustión multicontaminantes en una planta de producción de carbonato para baterías de litio de nueva generación. Los parámetros técnicos se obtienen de registros de ingeniería verificados y datos de monitoreo de cumplimiento. Los resultados de cada proyecto pueden variar según la composición de la materia prima, las condiciones de operación del horno túnel y la normativa aplicable. Las referencias normativas reflejan la Directiva 2010/75/UE sobre emisiones industriales de la UE y el Decreto de Actividades de los Países Bajos (Activiteitenbesluit milieubeheer), vigentes en los Países Bajos.