La vitrificación, una tecnología apropiada para la valorización de residuos en la industria de tratamiento de superficies Por Xavier Elias

1. LA PROBLEMÁTICA EN EL
TRATAMIENTO DE LOS LODOS
DE LA INDUSTRIA DEL
TRATAMIENTO DE SUPERFICIES
Desde el punto de vista ambiental los lodos
galvánicos se caracterizan por:
VII Jornadas Técnicas de Medio Ambiente • Estar compuestos de hidróxidos de metales
EUROSURFAS pesados.
• Tener una capacidad de lixiviación alta.
La vitrificación, una tecnología
apropiada para la valorización de
residuos en la industria de tratamiento
de superficies.
Por
Xavier Elias
Director de la Bolsa de Subproductos de Cataluña
Barcelona, 17 de noviembre de 2011
NOCIÓN DE VITRIFICACIÓN LA PROBLEMÁTICA DE
El proceso, de forma resumida, consiste en mezclar: TRATAMIENTO DE ALGUNOS
• Un formador de vidrio, el cuarzo es el más habitual, aún LODOS
que puede ser el boro o el fósforo. La fase cristalina corresponde a estructuras atómicas
ordenadas, con enlaces fuertes (lo que supone
• Un modificador del retículo, formado por el flujo fundente,
a los que pueden añadirse los metales pesados que se resistencia a la lixiviación) y refractariedad y
desea inertizar. resistencia a la abrasión elevadas.
La fase vítrea corresponde a estructuras atómicas
El conjunto se echa en un horno que se calienta hasta desordenadas con enlaces débiles.
llegar a la fusión total. El enfriamiento brusco colapsa la
estructura vítrea y la convierte en un sólido inerte.
Contaminante
Al
O
Fase vítrea mayoritaria
Vidrio
K Si Fibra cerámica
Esmaltes cerámicos
Gres, porcelanas
Cerámica estructural, azulejos
Refractarios, cementos
Vitrocerámicas
Encapsulado Vitrificado. Unión físico-química Cerámicas sinterizadas
en la red vítrea
Fase cristalina mayoritaria
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2. QUE SE PUEDE VITRIFICAR? CONSTITUCIÓN DE LOS
La vitrificación es una tecnología concebida para VITRIFICADOS
el tratamiento de materia inorgánica,
Óxidos formadores de vidrio, o de retículo, tipo RO2
preferentemente:
(Si, B, P,..).
• En forma de óxidos. Óxidos modificadores del retículo, que ocupan los
intersticios de la red principal, por esto también se
• Sin humedad. conocen como modificadores de retículo ya que
• Cuanto menos carbonatos mejor. debilitan los enlaces. Son del tipo RO (Na, K, Ca, Mg,
Pb, Zn, etc.)
La tabla siguiente refleja la capacidad de Óxidos estabilizadores de red. Ayudan a evitar la
vitrificación en función de la tecnología. desvitrificación.
Sistema abierto Sistema
(Convencional) cerrado
FLUJO BÁSICO RO R2O3 RO2
(“Cold top”) Plúmbico PbO :1,00 0,9 Al2O3 2,5 SiO2
Na2O+K2O: 0,15
Óxidos La mayoría Todos Plúmbico - alcalino CaO :0,40 0,25 Al2O3 1,50 SiO2
metálicos PbO :0,45
Na2O+K2O : 0,4
(*) Alcalino- plúmbico CaO :0,2 0,30 Al2O3 1,60 SiO2
PbO :0,4
Sales Algunas Todas Na2O+K2O: 0,30
Alcalino-Alcalino terreo CaO :0,20
ZnO :0,15 0,35 Al2O3 1,75 SiO2
BaO :0,10
Materia Trazas Buena parte PbO :0,25
orgánica
(*) Excepto Hg
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
EL PROCESO DE VITRIFICACIÓN
La tabla muestra la gran discrepancia en las DE UN VITRIFICADOR
temperaturas de puntos de fusión de los • Desde el punto de vista ambiental, los gases de
principales ingredientes de la mayoría de un horno de fusión, deben ser tratados. Siempre
componentes de un residuos. contienen material particulado,
Ello tiene como consecuencia la emisión de independientemente de la naturaleza del
material particulado. material tratado.
• El material adquiere temperatura a medida que
se acerca al rebosadero de salida. Aún así es
preciso la presencia de un quemador auxiliar
para reducir la viscosidad y permitir que el
fundido caiga sobre un recipiente con agua fría.
Principio de funcionamiento de un horno de vitrificación
Chimenea
Quemador
Mezcla materia
prima triturada
Bóveda radiante
Quemador para
Líquido fundido fluidificar
Líquido fundido
Agua
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3. INSTALACIÓN DE VITRIFICACIÓN PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
La materia prima entra en el horno (a una DE UN HORNO DE
temperatura que oscila entre 1300 y 1500ºC),
transmitiéndose el calor por radiación. Para poder VITRIFICACIÓN CERRADO
colar los vidrios es necesaria una aportación extra de
calor.
El material entra por la parte superior de la
En los hornos de vidrio, el material es extraído en
bóveda y la propia capa de materia prima hace
forma de lámina o de cilindro.
En los hornos vitrificados, el vidrio cae sobre agua las veces de “tapa”.
(operación de fritado). Cuando el baño alcanza cierta fluidez se hace
conductor.
Materia
prima
70
Cold top
1.500
Vidrio
HORNO DE VITRIFICACIÓN DE ASPECTO Y APLICACIONES DEL
EMISIÓN CERO MATERIAL VITRIFICADO
La forma final del vitrificado dependerá de la
La foto muestra la alimentación de un horno de manera en que se haya llevado a cabo el
“cold top”. enfriamiento:
El espesor de la capa puede ser tan grande
como se quiera.
Enfriamiento
Al aire
Echado sobre
agua
Fibrado
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4. VITRIFICACIÓN DE FANGOS DE MATERIA PRIMA PARA
EDAR ESMALTES Y FRITAS PARA
Los fangos de EDAR, con frecuencia tienen cerca del PISOS Y BALDOSAS.
40% de materia inorgánica.
La foto muestra unos colores aplicados sobre las
La caracterización de la fracción residual, después de baldosas.
incinerar o gasificar es compatible con los óxidos
Se pueden cambiar:
vitrificadores.
• Los colores superficiales.
Se puede hacer grava y/o pavimento.
• Las texturas.
• Las características finales.
AZULEJOS FABRICADOS CON
VITRIFICACIÓN DE POLVOS CON CENIZAS DE INCINERADORA
ARSÉNICO La foto muestra un azulejo fabricado
íntegramente con residuos.
La foto muestra una serie de baldosas Por el tipo de residuo usado, la porosidad del
vitrificadas con polvos de arsénico. Éste está azulejo es elevada y puede representar un
inserto en la matriz química del silicato sin inconveniente para determinadas aplicaciones.
ninguna posibilidad de lixiviar. La solución consiste en aplicar una capa de
polímero (que sinteriza a 200 ºC). La textura,
Es posible fabricar, como muestra la foto,
aspecto y prestaciones son iguales a las de un
diferentes formatos y diversos acabados
azulejo esmaltado.
superficiales.
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5. VITRIFICACION DE VIDRIOS DE ASPECTOS ENERGÉTICOS
RAEE VITRIFICACIÓN EN HORNO DE
Cada día es mayor la cantidad de residuos de ARCO
materiales eléctricos y electrónicos, los RAEE, Ventajas del sistema eléctrico:
que no encuentran fácil vía de reciclaje. • En teoría no se generan otros gases que los
propios de la transformación de las materias
primas.
• El equipo de depuración de gases es más
reducido.
• Al no existir gases, el consumo especifico
(Kcal/kg material vitrificado) es menor.
VITRIFICACIÓN POR PLASMA
El plasma, también llamado el cuarto estado de la materia
después del sólido, el líquido y el gaseoso, consiste en la
ionización de un flujo gaseoso, eléctricamente neutro, por
medio de corriente eléctrica. Ello libera una gran cantidad
de energía siendo posible dirigirla y concentrarla en un
espacio reducido. CONCLUSIONES
La tecnología de la vitrificación, siempre
que se lleve a cabo con los
Antorcha correspondientes conocimientos, es la
generadora
de plasma
forma mes segura de inertizar y también
de valorizar residuos peligrosos.
Existen dos tecnologías básicas:
• El sistema abierto y el cerrado. Este
ultimo permite la inclusión de limitadas
cantidades de halógenos y materia
Reactor de
orgánica y no hay emisiones.
Plasma térmico
• El consumo energético de ambos es
semejante, del orden de 1 kW·h/kg de
material vitrificado
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