TECNOLOGÍAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE TOXINAS Y FURANOS PRODUCIDOS EN HORNOS DE CEMENTO

1. TECNOLOGÍAS DE CONTROL DE EMISION DE DIOXINAS Y
FURANOS PRODUCIDOS EN LOS HORNOS EN LA
PRODUCCION DE CEMENTO -RUMI
Yoni Narvaez Ttito, Pamela M.Mazco Velasquez,Dialdin Puma Puma,Medalith Jareca
Cusacani ,Nayder Laura Cahuana , Gabriela Abarca Aranibar
Facultad de Ingeniería Ambiental y Forestal -Universidad Nacional de Juliaca
Resumen
En el presente análisis se buscó analizar el nivel de optimización de las distintas
técnicas de control de emisiones de furanos y dioxinas en la industria cementera dentro
de las cuales se aplican: selección catalítica selectiva (SCR), mangas filtrantes
catalíticas, combustión térmica y adsorción. Entre los efectos a la salud de las personas,
la exposición excesiva a dioxinas y furanos puede generar efectos significativos sobre la
salud, afectando a órganos tales como el corazón, sistema inmune, respiratorio, piel y la
glándula de tiroides, aumentan el riesgo en la población de contraer algún tipo de cáncer
en los tejidos blandos El proceso de producción de cemento puede ser una fuente
potencial de dibenzoparadioxinas y dibenzofuranos policlorados (dioxinas y furanos),
debido a la amplia distribución de dioxinas y precursores potenciales. en materias
primas y en condiciones favorables a la formación de nuevo en los intercambiadores de
calor, estas tecnologías mencionadas son para controlar las emisiones de dioxina y
furanos en la cámara de incineración de caliza.
Palabras claves: dioxinas,furanos,adsorcion,cromatografía
Abstract
In the present analysis we sought to analyze the level of optimization of the different
control techniques for furan and dioxin emissions in the cement industry, within which
are applied: selective catalytic selection (SCR), catalytic filter bags, thermal combustion
and adsorption. Among the health effects of people, excessive exposure to dioxins and
furans can generate significant effects on health, affecting organs such as the heart,
immune system, respiratory, skin and thyroid gland, increase the risk in the population
of contracting some type of cancer in soft tissues The cement production process can be
a potential source of polychlorinated dibenzoparadioxins and dibenzofurans (dioxins
and furans), due to the wide distribution of dioxins and potential precursors. In raw
materials and under conditions favorable to the formation of new heat exchangers, these
mentioned technologies are to control the emissions of dioxin and furans in the
limestone incineration chamber
Keywords: dioxins, furans, adsorption, chromatography

2. INTRODUCCION
La rápida urbanización e industrialización en las
actividades antropogénicas ha abierto la puerta en
diversos sectores industriales (Rathna, Varjani, &
Nakkeeran, 2018)en la industria del cemento es el
mayor consumidor de energía térmica, generación
el costo de la energía más del 40% del costo de
fabricación (Alegr & Dom, 2009) los hornos de La
incineración cemento con combustibles alternativos
generación de sustancias toxicas, furanos y dioxinas
(Estudio & Superiores, 2018), Son contaminantes
Compuestos orgánicos polihalogenados, más
perjudiciales y persistentes en los ecosistema y
exhiben repercutan negativa ante el medio ambiente
Las dioxinas, los furanos comúnmente conocidos
son dibenz policlorados son un grupo de
contaminantes con compuestos aromáticos
halogenados que son inevitablemente ,se forman en
la combustión incompleta y el proceso de
incineración en los hornos (Comisión para la
Cooperación Ambiental, n.d.) también se producen
como resultado de Procesos químicos tecnológicos
defectuosos que ocurren durante la producción de
herbicidas y pesticidas (Holt, Weber, Stevenson, &
Gaus, 2010), también por utilización fertilizantes
(De Filippis, 2014), estos compuestos Son altamente
persistentes, perjudiciales para el medio ambiente
(Dumortier et al., 2012), te debido a los impactos
adversos en la salud humana como malestares
respiratorios, problemas cardiovasculares (Mujica
& Cárdenas, 2007).
Estas tecnología son las más empleadas control de
emisión gases dioxinas y furanos (Mukherjee et
al., 2016), las mangas filtrantes catalíticas ayudan a
cumplir eficientemente los requisitos de emisión de
dioxinas. Puede eliminar las dioxinas y los furanos
instalando nuevas mangas en su cámara de filtros.
I. DIOXINAS Y FURANOS
Las policlorodibenzo-p-dioxinas (PCDDs) y
policlorodibenzofuranos (PCDFs), conocidos
respectivamente como dioxinas y furanos son dos
grupos de éteres aromáticos policlorados de
estructura y propiedades similares que engloban a
un total de 210 compuestos. También están
incluidos algunos policlorobifenilos (PCBs),
llamados "PCBs semejantes a las dioxinas"
(dioxin-like), que muestran una actividad y una
estructura química similar a las dioxinas con
mecanismos de actuación y efectos sobre la salud
parecidos. Los PCBs tuvieron una amplia
aplicación industrial, principalmente en
transformadores eléctricos, en cambio las dioxinas
y los furanos son contaminantes sin ninguna
aplicación industrial.
La característica fundamental de las dioxinas y
furanos es que, aunque nunca se hayan sintetizado
y no tengan ningún valor comercial, están
ampliamente distribuidos en el medio ambiente.
II. FORMACIÓN Y EMISIÓN DE
DIOXINAS Y FURANOS AL MEDIO
AMBIENTE
Las policlorodibenzo-p-dioxinas y los policloro
dibenzofuranos (PCDD/PCDFs) como se ha
indicado anteriormente, se forman como sub-
productos no deseados en numerosos procesos
químicos industriales y térmicos (SC BAT/BEP,
2004; PNUMA, 2003a; NATO/CCMS, 1992a;
Hutzinger y Fiedler, 1988a). Pueden estar presentes
en los procesos de producción, ya sea como
contaminante de las materias primas o en los
productos finales. Consecuentemente, la emisión o
transferencia de dioxinas a materiales y medio
ambiente en un proceso en concreto, puede ocurrir
aún cuando las dioxinas y furanos no se formen en
dicho proceso.En general, se considera que un
proceso térmico es "previsiblemente" generador de
estos contaminantes cuando coexistan: carbono,
átomos de halógenos, oxígeno e hidrógeno
presentes dentro de un rango de temperatura entre
200ºC y 650ºC (Toolkit, 2005). La formación
queda favorecida cuando existe además presencia
de materia carbonosa y metales que catalizan su
formación.
Al igual que con los procesos térmicos, en los
procesos químicos industriales se necesita carbono,
hidrógeno, oxígeno y cloro para la generación de
las PCDDs y PCDFs, pero además, se favorece su
generación si se dan una o varias de las
condiciones siguientes.
 Altas temperaturas (> 150ºC)

3.  Condiciones alcalinas (especialmente durante
la purificación)
 Catálisis de metales;
 Radiación ultravioleta (UV) u otras
sustancias que generen radicales.
2.1.MECANISMOS DE FORMACIÓN DE
PCDD/PCDFS EN PROCESOS DE
COMBUSTIÓN
2.2.1. Los PCDD/PCDFs ya se encuentran
presentes en el combustible, y se destruyen o
transforman de manera incompleta debido
condiciones inadecuadas como bajas
temperaturas de combustión en ciertas zonas de la
caldera -“zonas frías”-, o ineficacia en los
dispositivos de combustión, teniendo como
consecuencia que las PCDD/PCDFs sobrevivan
al proceso de combustión. (Edulgee, 1994).
2.2.2. Los PCDD/PCDFs se generan a partir de
precursores clorados que guardan cierta relación con
ellos (comúnmente denominados precursores de
dioxinas), tales como PCBs, fenoles clorados y
compuestos bencénicos clorados. Las temperaturas
de estos procesos están entre los 300-800ºC y suelen
desarrollarse en fase gas.
2.2.3. Los PCDD/PCDFs se forman vía síntesis de
novo, a partir de compuestos que químicamente no
guardan ninguna relación con ellos, tales como
cloruro de polivinilo (PVC) u otros compuestos
orgánicos clorados, y/o a partir de la combustión de
materia orgánica no-clorada tal como poliestireno,
celulosa, lignina, carbón o materia carbonada
particulada en presencia de grupos donantes de
cloro. En este caso las reacciones se producen en la
superficie de las materias sólidas presentes a
temperaturas menores de 500ºC, en el intervalo 250-
400ºC.
El mecanismo asociado con la síntesis de
PCDD/PCDFs puede ser:
 Reacciones homogéneas en fase gas en la zona
de combustión (800-1200ºC)
y/o en la de post-combustión a temperaturas
por debajo de 800ºC.
 Reacciones heterogéneas sobre la superficie de
las partículas:
o Dentro de la zona de combustión,
o En la zona de post-combustión
o En presencia de cenizas volantes que actúan
como un reactivo y
o catalizador
o Sobre las partículas de carbón presentes en las
cenizas volantes
Se considera que el principal motivo que explica la
presencia de PCDD/PCDFs en las emisiones de los
sistemas de combustión son las reacciones
heterogéneas catalizadas que tienen lugar en la
superficie de las cenizas volantes. A continuación, se
abordan estas reacciones con mayor detalle.
III. FUENTES DE CONTAMINACION
DIOXINAS Y FURANOS
Fuentes Naturales:
La naturaleza es un gran laboratorio químico donde
se producen una gran variedad de reacciones que
dan lugar a muchas composiciones nuevas(Beattie,
Benedict, Edwin Blaisdell, & Kaye, 1965). Dioxinas
y los furanos son ejemplos de tales composiciones
que se consideran como en la mayoría de los
químicos letales. Las dioxinas y los furanos son
emitidos naturalmente por los humos de las
erupciones volcánicas, los incendios forestales y la
combustión natural procesos como la quema a cielo
abierto de materiales (benítez-díaz, pedro; miranda-
contreras, 2013; rathna, varjani, & nakkeeran, 2018).
Fuentes Antropogenicos:
La concentración de dioxinas y furanos en el medio
ambiente mostró un aumento significativo tras el
progreso de las industrias químicas y la de estos
productos químicos tóxicos se encontraba en su
punto máximo en el medio ambiente a finales de los
años setenta .Por lo tanto, la formación de PCDD/F
es principalmente influenciados por fuentes
antropogénicas que por las naturales.(Rathna et al.,
2018)se clasifican en cuatro categorías principales :
a) Fuentes de incineración (incineradores de
residuos municipales, residuos peligrosos,
etc.)Incineradores, incineradores de residuos
biomédicos),
Representación esquemática de las 3 vías o mecanismos de formación
de PCDD/PCDFs en un proceso de combustión.

4. b) Fuentes de combustión (Hornos de cemento,
Quemadores de madera, Vehículos diésel,Servicios
públicos de carbón, servicios públicos de
crematorios),
c) Fuentes industriales (industria de la pulpa y el
papel, fabricación de productos químicos,Industria
metalúrgica) y
d) Fuentes de reservorios (Procesos bioquímicos,
procesos fotolíticos, liberación accidental, Bosque
(Mukherjee, Debnath, & Ghosh, 2016)
2.2.1. Hornos de cemento
El paso a la quema de residuos peligrosos como
combustible para el cemento ha creado problemas
para individuos y organizaciones. Alrededor del
16% de las instalaciones queman residuos peligrosos
como auxiliares. datos limitados sugieren que los
niveles de PCDD/PCDF en el Clinker las emisiones
de polvo y de chimenea de estos hornos pueden ser
significativamente superior a los hornos que no
queman residuos peligrosos(Abad, Martínez,
Caixach, & Rivera, 2004).
IV. FACTORES DE PROPAGACION DE
FURANO DIOXINAS
La química de la llama en los sistemas de
incineración implica la formación de muchos
productos orgánicos incompletos incluyendo
especies cloradas (Stanmore, 2004).se forma en
presencia de carbono, hidrógeno y cloro
El proceso de producción de cemento en un horno de
precalentamiento puede dividirse en tres zonas
térmicas:
la zona del horno rotatorio de alta temperatura: se
encuentra a una temperatura superior a 1200 C
durante 5-10 s, con temperaturas máximas de gas de
hasta 2000 C.
la zona del precalentador de ciclones: Aquí se añade
el crudo, las temperaturas del gas normalmente
oscilan de aproximadamente 850-250 C y puede
tener una retención hasta 25 s.
la zona de postcalentamiento: con temperatura
aproximadamente 250-90 C desde la parte superior
del precalentador
V. TÉCNICAS DE MEDIACIÓN DE
FURANOS Y DIOXINAS
know-how
El know-how de la tecnología proporciona la
posibilidad de medir bajas concentraciones de
dioxinas (valores del orden de picogramos o incluso
femtogramos). No depende de la precisión del
equipamiento, pero sí, de la experiencia en preparar
correctamente las muestras a través de un método
analítico específico y muy sensible. (Mukherjee et
al., 2016)La técnica permite el análisis cuantitativo
de la mayor parte de los congéneres de las dioxinas
y furanos (más de 130 diferentes compuestos), no
solamente los 17 principales. (Gou et al., 2016)El
método fue testado en laboratorio para determinar
todos lo congéneres de dioxinas y furanos en agua,
solo, sedimentos, lodo, pescado, leche, combustión
de gases, cenizas, aceites usados, etc. La tecnología
puede ser adaptada a diferentes matrices.(Loyola-
Sepúlveda et al., 2018)
CROMATOGRAFÍA:
La medición de Dioxinas y Furanos por medio de
Cromatográfica de Gases de alta resolución
complementada con Espectrofotometría de masas de
alta resolución (HRGC/HRMS) así métodos de
extracción de las muestra y limpieza del extracto.
(Zhang, Buekens, & Li, 2016)
VI. TECNOLOGIAS DE REMEDIACION:
6.1.Mangas filtrantes catalíticas para
dioxinas y furanos:
Las mangas filtrantes catalíticas ayudan a cumplir
eficientemente los requisitos de emisión de dioxinas.
Puede eliminar las dioxinas y los furanos instalando
nuevas mangas en su cámara de filtros.
A diferencia de los sistemas basados en absorbentes
como el carbón activado en, las mangas filtrantes
catalíticas no trasladan simplemente las moléculas
de dioxinas y furanos del flujo de gas al flujo, sino
que las destruyen. Para ello utilizan una catálisis de
alto rendimiento y última tecnología que asegura una
larga vida útil y unos niveles de destrucción que
superan en muchos casos el 90%

5. Funcionamiento de las mangas filtrantes catalíticas:
 La membrana captura las partículas finas en
la superficie del filtro.
 Cuando se limpia el filtro, los sólidos se
desprenden de la superficie y se recogen en
el fondo de la tolva de la cámara de filtros.
 Las dioxinas y los furanos gaseosos pasan a
través de la membrana hasta el fieltro
catalítico. El catalizador reacciona
inmediatamente con las moléculas de
dioxinas y furanos y las convierte en
cantidades insignificantes de CO2, H2O y
HCl.
Al combinar los principios de la filtración superficial
y la filtración catalítica, las mangas filtrantes
catalíticas es una alternativa para el control de
dioxinas en su cámara de filtros existente
destruyendo dioxinas y furanos gaseosos hasta
conseguir niveles muy por debajo de los límites
legales, de forma segura y económica y con un
mantenimiento mínimo (Yang et al., 2017)
6.2.reducción catalítica selectiva (scr)
Reducción catalítica selectiva (SCR) utilizando un
catalizador TiO2-DENOX es decir, el material del
catalizador consiste en un portador, generalmente el
TiO2, con sustancias activas agregadas (V2O5 y
WO3).Los procesos de oxidación catalítica selectiva,
normalmente empleados para reducir emisiones de
óxidos de nitrógeno, resultan también aplicables
para la destrucción de PCDD/PCDF (Marcel
Goemans et al., 2004, 2003; Kurt B Carlsson,
1992; R. Boos et al., 1991). Para eliminar solamente
PCDD/PCDF (por ejemplo, con el proceso DeDiox),
no es necesaria una inyección de amoníaco. En este
caso las temperaturas de operación varían entre los
130º y los 350ºC. Las dioxinas y furanos después del
filtro de mangas pueden ser reducidas de <0,05
ng/m3 a < 0,01ng/m3 a través de SCR-DeDiox
catalizador (UNEP, 2004b). Las principales ventajas
de este proceso consisten en una fácil operación sin
ningún residuo, excepto pequeñas cantidades de
catalizador usado. Por tal motivo, la oxidación
catalítica no presenta problemas de disposición final.
La reacción de descomposición del Cl4DD es la
siguiente:
C12 H4 Cl4O2 + 11 O2 12 CO2 + 4 HCl
En general, se operan las instalaciones en circuitos
de gas limpio, es decir, se separan el polvo y los
metales pesados antes del catalizador, a fin de
prevenir el rápido desgaste y desactivación de los
catalizadores por venenos o sustancias dañinas. Si
bien con este proceso sólo puede capturarse la
fracción de PCDD/PCDF en fase gaseosa, pueden
lograrse reducciones de emisiones del 93 al 99%
(Marcel Goemans et al., 2004; Moo Been Chang et
al., 2007) en plantas de incineración de RSU, 95-
99% en Plantas de Sinterización (Moo Elisabetta
Finocchio et al., 2006) y 52,3% en plantas de
fundición (Moo Been Chang et al., 2007). La tasa de
reducción de PCDD/PCDF depende del volumen de
catalizador instalado, de la temperatura de la
reacción y de la velocidad espacial de los gases de
salida a través del catalizador. Las pruebas con
PCDD/PCDF mostraron valores de emisión por
debajo de 0,01 ng I-TEQ/Nm3 (base seca, 11% O2).
En el proceso de reducción catalítica selectiva (SCR)
para la eliminación de NOx, se inyecta una mezcla
de aire-amoníaco a la corriente de gases de salida y
se pasa por un catalizador monolítico (Figura 2.8).
El amoníaco y los NOx reaccionan formando agua y
N2 (Comisión Europea, 2004; Hübner et al., 2000;
Hartenstein, 2003). La reacción que describe el
proceso es la siguiente:
4 NO x + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O
En este mismo proceso se ha comprobado que el
catalizador es activo hacia la eliminación (mediante
un proceso de oxidación) de PCDD/PCDFs
Fuente: EU BREF, 2004 Reducción Catalítica
Selectiva (SCR).

6. 6.3.ADSORCIÓN
Mezclador seco. También llamado adsorción seca
por aspersión, remueve los gases ácidos y el material
particulado de los gases de combustión. Consiste en
inyectar un lodo de cal hidratada al mezclador a una
velocidad controlada de tal manera que se mezcle
rápidamente con los gases caliente de combustión.
(Fernandes et al., 2014),adsorción y difusión de
reactivos gaseosos (gasificación del carbón). el
oxígeno que viaja por la corriente gaseosa reacciona
con metales como el cobre generando óxidos
metálicos que favorecen la formación de monóxido
de carbono al entrar en contacto con el carbón de la
superficie d ellas cenizas. (Hung et al. 2014, Korell
et al. 2009) que consiste en una serie de operaciones
y lo son: Depurador húmedo, un filtro de mangas
acoplado con inyección de carbono a una
temperatura entre 393-423 K inyectando Carbono a
50 mg/Nm3 el cual se quemarán en los
incineradores para destruir la formación de PCDD/F
o la instalación de un sistema.
de adsorción en lecho fijo para eliminar las dioxinas
se ha considerado una de las estrategias más
convenientes (Chang et al. 2009, Lu et al.)
Este equilibrio de adsorción se llama “efecto de
memoria “depende de la temperatura, esto significa
que la velocidad de desorción de dioxinas en el
polipropileno aumenta al aumentar la temperatura.
(Reeuwijk et al., 2013)Para evitar la liberación de
los PCDD/F desde ellos plásticos las partículas de
carbón se dispersan homogéneamente en el
propliproleno. este nuevo material, llamado C-PP,se
absorben los PCDD/F y luego se difunde en la
superficie de las partículas de carbón como
retenedor de PCDD/F .(Liu, Kong, Liu, & Zeng,
2012)
Los adsorbentes conocidos incluyen carbón, sílice y
alúmina tratada (Prawis, 1999), En la actualidad hay
muchas publicaciones que muestran la dispersión de
polvo (Ma, Liu, Liu, Ma, & He, 2012; Tian et al.,
2009), y sus propiedades de adsorción (Wu et al.,
2015; Daso, Fatoki, Odendaal, & Okonkwo, 2010).
Polvo puede consistir en compuestos orgánicos
volátiles. Debe ser con superficies internas que van
desde unos 100 m2 /g hasta más de 100 m2/g.
3000m2/g (Crittenden, 1998).
El tamaño del canal viene determinado por el
número de átomos que forman las aberturas que
conducen a las jaulas como anillos de 6, 8, 10 o 12
átomos de oxígeno junto con los mismos número de
átomos de aluminio y/o silicio (Penman, Gytarsky,
Hiraishi, Irving, & Krug, 2006)(Wang et al., 2017).
6.4.Combustión térmica
Esta Tecnología funciona mediante sistemas
térmicos que tiene el mecanismo de reducir los
contaminantes e emisiones atmosféricas el
funcionamiento altas temperaturas (Amell, Copete,
& Cadavid, 2007), Esta tecnología desarrolla
sistemas de recuperación de calor, para reaprovechar
el calor y energía térmica contenida en los humos de
esta manera recupera gases para la combustión este
sistemas de gran tamaño y alto costo de inversión
(Baukal, 2000).
VII. CONCLUSIONES:
La presente revisión nos muestra las distintas tecnologías
aplicables para el control de emisiones (Dioxinas y
Furanos )en la industria cementera abocado en el proceso
de incineracion de la materia empleada en la obtención
del cemento como producto final.ya que es en esta etapa
donde se produce la formación de los contaminantes ya
mencionados .De la cual se pudo determinar que la
tecnología mas optima es la reducción catalítica
selectiva con un 95%-99% de eficiencia pero que
conlleva a una alta inversión económica a su vez con
bajos costos de operación .
VIII. AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer, al Mg.Sc Rene Henry Barcena
Rodríguez por los conocimientos impartidos en el curso
de Tecnologías de Control de Contaminación del Aire ,
también por la dedicación a inculcarnos la investigación

7. Referencias
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