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Ingeniería ambiental

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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

Tratamiento de residuos nucleares de baja y media actividad

Secciones

Gestión de residuos nucleares

De acuerdo con la World Nuclear Association, a fecha de junio de 2018 existen en el mundo 450 reactores nucleares en operación, otros 58 en construcción y 153 más planificados. Sin duda, a corto y medio plazo resulta muy difícil imaginarse una alternativa a la energía nuclear, más difícil aun si se tienen en cuenta las ventajas de la energía nuclear en la mitigación del cambio climático al tratarse de una energía libre de emisiones de gases efecto invernadero.

Lowl and intermediate level radioactive waste treatment

El principal hándicap de la energía nuclear radica en los residuos que genera, los cuales son radioactivos en mayor o menor grado y deben ser gestionados de acuerdo con los estrictos procedimientos de los organismos reguladores.

Los residuos nucleares se clasifican en función de su radioactividad en:

  • Residuos de alta actividad (3% en volumen del total)
  • Residuos de actividad media (7% en volumen del total)
  • Residuos de baja actividad (90% en volumen del total)

El residuo de alta actividad más relevante es el combustible nuclear gastado. Los residuos de baja actividad se corresponden con los utensilios, herramientas y ropa de trabajo utilizados por el personal en las centrales nucleares y que están ligeramente contaminados con partículas radioactivas. Y los residuos de actividad media son generados a partir de materiales de equipos utilizados como filtros, componentes metálicos del interior del reactor y algunos efluentes líquidos procedentes de reprocesamientos.

Mientras que la gestión de los residuos de alta actividad merece mención aparte, la gestión de los residuos de media y baja actividad se basa en su confinamiento en bidones de 220 litros sellados con hormigón y almacenados en depósitos controlados de residuos nucleares. Esta gestión comporta unos costes económicos muy elevados, por lo que su optimización proporciona unos resultados económicos, y también ambientales, muy notables.

Es en esta línea en la que Condorchem Envitech ha desarrollado 4 soluciones que, cada una de manera diferente, vela por la minimización de los residuos, tanto líquidos como sólidos, de media y baja actividad generados tanto en las centrales nucleares como en las plantas de enriquecimiento de uranio. A continuación se describen los procesos desarrollados por Condorchem Envitech para el sector nuclear.

NUCLEANTECH® LAUNDRY

Esta solución ha sido desarrollada para el tratamiento de las aguas residuales generadas en la lavandería de las centrales nucleares y en las duchas del personal. Estas aguas arrastran partículas radioactivas que se han adherido a la ropa de protección y elementos de seguridad del personal (máscaras, guantes, botas, etc.), en especial, durante las tareas de mantenimiento. Para evitar gestionar estas aguas como residuo nuclear de baja actividad por su elevado coste, el proceso NUCLEANTECH® LAUNDRY plantea su tratamiento de forma eficiente, sostenible y segura.

El proceso NUCLEANTECH® LAUNDRY se compone de dos líneas de tratamiento, efectivas en función del nivel de radioactividad de las aguas. Si los valores de radioactividad son inferiores a los límites de vertido (0,02 mSv/año), para conseguir una calidad de las aguas apta para su reutilización en la lavandería, la materia orgánica se oxida mediante la utilización de ozono y radiación ultravioleta. A continuación, el efluente es filtrado y refinado mediante su paso a través de un lecho de carbón activo y, finalmente, evaporado. El vapor condensado se recircula a la lavandería y el concentrado se seca y se gestiona como residuo convencional.

En caso de que las aguas contengan niveles de radioactividad apreciables (superiores a 0,02 mSv/año) la línea de tratamiento con radioactividad entra en funcionamiento. El primer paso es la oxidación mediante el uso de ozono y radiación ultravioleta de la materia orgánica y, a la vez, la ionización de las partículas radioactivas, generalmente iones metálicos. A continuación, éstos son retenidos mediante columnas catiónicas y aniónicas de intercambio iónico y, una vez las aguas están libres de isótopos radioactivos, mediante un evaporador-secador se separa el residuo concentrado, del agua y de los posibles gases no condensables. Estos gases son liberados a la atmósfera después de estar retenidos durante un tiempo de seguridad en un depósito de decaimiento, el agua evaporada y posteriormente condensada puede ser vertida al exterior y el residuo sólido concentrado es el único residuo que sí debe ser gestionado como un residuo nuclear de baja actividad.

Las ventajas de este proceso son numerosas y notables:

  • Elevada eficiencia en el proceso de lavado, en el que la utilización de ozono en el lavado permite reducir la dosis de detergentes e higienizar los materiales lavados.
  • Reutilización del agua, que además de conseguir un ahorro de este recurso, supone la minimización de los efluentes residuales generados en el proceso.
  • Reducción drástica del volumen de los residuos de baja y media actividad generados, con el consecuente ahorro económico y reducción del impacto ambiental.
  • Previsión y control de las especies radioactivas presentes en las aguas residuales (60Co, 129I, 131I, 90Sr, 55Mn, 59Fe, 137Cs, 134Cs, 51Cr, etc.).
  • Flexibilidad del proceso a la presencia de radioactividad en el efluente a tratar.
  • Flexibilidad del proceso a fluctuaciones de caudal y carga a tratar.
  • Estricto cumplimiento de la normativa más exigente.

Necesito tratar el agua de lavandería de mi central

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NUCLEANTECH® H3BO3

El proceso NUCLEANTECH® H3BO3 se presenta como una alternativa a la gestión como residuo nuclear de baja y media actividad de los efluentes procedentes de la regeneración de las resinas de intercambio iónico, que son utilizadas para retener los isótopos radioactivos de las purgas de refrigerante del circuito secundario de los reactores PWR.

Este proceso permite tratar los efluentes producidos en la regeneración de las resinas de intercambio iónico y, mediante un evaporador-secador, se separa el residuo concentrado y de nivel medio de radioactividad, de un efluente descontaminado que puede ser vertido.

La ventaja principal del proceso NUCLEANTECH® H3BO3 consiste en la minimización del volumen de residuo de baja y media actividad generado y que debe ser tratado de manera consecuente con su naturaleza. Esta minimización en la producción de este residuo nuclear se traduce en un elevado ahorro económico y un incremento en la sostenibilidad ambiental del proceso global.

Necesito tratar las aguas boradas de mi central

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NUCLEANTECH® UF6

En las plantas de enriquecimiento de uranio se generan efluentes en el proceso de lavado de los equipos utilizados en la síntesis y transporte del UF6. Estos efluentes contienen sales disueltas y partículas radioactivas, los cuales son gestionados como residuos de baja y media actividad.

El proceso NUCLEANTECH® UF6 constituye una solución para el tratamiento de este efluente de manera que la mayor parte de éste puede ser reutilizado en el proceso de lavado, con el consecuente ahorro de agua y, lo más importante, la minimización del volumen de residuo nuclear que debe ser gestionado externamente.

El proceso se basa en una filtración del efluente seguida de un proceso de evaporación al vacío, en el cual el concentrado se alimenta en un cristalizador para obtener un residuo totalmente seco. Este residuo concentra todas las partículas radioactivas en el menor volumen posible, por lo que se reduce notablemente el coste de la gestión de los residuos generados. El agua separada en el evaporador, una vez condensada presenta una calidad apta para ser reutilizada de nuevo en las operaciones de lavado de los equipos de proceso.

El proceso NUCLEANTECH® UF6 representa una solución sostenible a la generación de residuos de baja y media actividad en las operaciones de lavado en las plantas de enriquecimiento de uranio a la vez que minimiza notablemente el volumen del residuo producido, con el consecuente ahorro económico que esto supone.

Necesito tratar las aguas de producción de UF6 de mi central

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NUCLEANTECH® NWDR

En las plantas de enriquecimiento de uranio y, sobretodo, en las centrales nucleares, se generan grandes volúmenes de residuos que, a pesar de su escasa radioactividad, deben ser gestionados de acuerdo con los protocolos normalizados para los residuos nucleares. Estos residuos proceden de todos los utensilios y materiales de protección desechables que utilizan los trabajadores de las instalaciones, como puede ser el caso de máscaras, guantes, gorros, gafas, trajes de protección, etc. Gestionar este ingente volumen de residuos mediante su confinamiento en bidones de 220 L sellados con hormigón resulta muy costoso.

En algunas instalaciones, allí donde está permitido, estos residuos son incinerados; aunque es una alternativa económica, no es la más ventajosa desde el punto de vista ambiental.

La solución NUCLEANTECH® NWDR (nuclear waste disposal reduction) ha sido concebida como una alternativa innovadora para la minimización del volumen de este tipo de residuo nuclear, pudiendo llegar hasta un 80% de reducción del volumen global. El corazón del proceso está constituido por una etapa de pirolisis de los residuos que, en ausencia de oxígeno, los residuos son destruidos y transformados en un residuo sólido (5% del volumen inicial), una fracción líquida y una corriente gaseosa que es convenientemente tratada antes de ser liberada a la atmósfera. Del tratamiento de la fracción líquida y de la fracción gaseosa también se genera un residuo seco el cual puede suponer el 15% del volumen del residuo inicial.

Las ventajas del proceso NUCLEANTECH® NWDR son numerosas y muy importantes. Entre las más relevantes se encuentran las siguientes:

  • Reducción del 80% del volumen de residuo nuclear de baja y media actividad generado en las plantas que manipulan sustancias radioactivas, especialmente, las plantas de enriquecimiento de uranio y las centrales nucleares. Esto supone una reducción drástica de los costes de gestión de estos residuos.
  • Tamaño de la instalación relativamente pequeño, por lo que los residuos pueden ser tratados in situ sin necesidad de que sean transportados.
  • En el proceso no se generan cenizas contaminantes ni dioxinas puesto que no se produce incineración alguna.
  • El proceso es eficiente, compacto y seguro.

Necesito tratar los residuos sólidos de mi central

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Tratamiento de los efluentes generados en la industria metal-mecánica

Secciones

Efluentes del sector metal-mecánica

El sector metal-mecánica comprende un gran número de actividades económicas, muy diferentes entre sí, que comparten tanto los materiales que utilizan, como los residuos y efluentes que generan. Las actividades más importantes de este sector son las estructuras metálicas y la calderería.

La primera incluye todo tipo de construcción metálica hecha a partir de tubos, perfiles y chapas, atornilladas, remachadas o soldadas.

La calderería agrupa un gran surtido de piezas y equipos fabricados con chapa y que incluyen juntas estancas; los productos pueden ir desde el típico depósito, a intercambiadores de calor o evaporadores, pasando por tubos y conductos, serpentines, etc.

Otras actividades incluidas en este sector son aquellas de transformación de metales sin arranque de viruta (por estampación, extracción, trefilado, embutición), las de mecanización con arranque de viruta (fresado, torneado, rectificado, corte, etc.) y las de acabados basados en tratamientos térmicos y de superficies. Así pues, la variedad de actividades es realmente amplia.

Tratamiento de taladrinas

Todas estas actividades tienen en común que utilizan como materia prima los mismos materiales: acero, hierro, acero inoxidable, aluminio, etc., además que producen impactos ambientales similares.

Básicamente, los aspectos que más incidencias sobre el medio ambiente causan son las emisiones de gases nocivos y contaminantes a la atmósfera, la generación de efluentes líquidos que deben ser convenientemente tratados antes de su vertido y la producción de residuos sólidos.

Por el tipo de actividad, este tipo de industria es una gran consumidora de aceites lubricantes, utilizados asiduamente para facilitar la lubricación y refrigeración en las diferentes modalidades de corte, moldeado y tratamiento mecánico de piezas metálicas.

Estos aceites lubricantes, una vez han sido utilizados, se convierten en un residuo líquido contaminante que debe ser gestionado correctamente.

De entre todos los productos utilizados, los que tienen mayor relevancia son las taladrinas, que son utilizadas mayoritariamente en la industria del mecanizado metálico por sus propiedades:

  • Lubricantes, protegiendo las herramientas al reducir la fricción.
  • De refrigeración, evitando un sobrecalentamiento de piezas y herramientas, que provocaría microsoldaduras que originarían un mal acabado superficial.
  • De evacuación de limaduras, evitando el efecto abrasivo de las mismas.
  • De prevención de la corrosión a máquinas y piezas.

Así, el uso de taladrinas es necesario en los procesos en los cuales se produce un contacto directo entre la pieza metálica que se está trabajando y la herramienta utilizada por sus propiedades lubricantes, refrigerantes, de evacuación de las virutas y limaduras producidas, además de prevención de la formación de óxido.

Características de las taladrinas como contaminantes

A medida que se van utilizando las taladrinas, sus propiedades se van reduciendo, decayendo su rendimiento y contaminándose con agentes externos tales como aceites y grasas, partículas metálicas, polvo ambiental, microorganismos que degradan la materia orgánica, etc.

Llegadas a este punto, las taladrinas se convierten en residuos altamente contaminantes, tanto para el medio ambiente como para el entorno de trabajo, por lo que son consideradas como residuos peligrosos por la normativa europea.

A su potencial contaminante debe añadirse que su correcta gestión es muy costosa, por el hecho de la elevada proporción de agua que contiene, que incrementa el volumen de residuo original además de producir una fuerte emulsión, que dificulta posteriormente los procesos de separación y depuración.

Para mejorar su capacidad lubricante, en la formulación de las taladrinas se incluye aceite y, para aumentar su capacidad refrigerante, se añade agua.

Esto hace que a nivel industrial existen muchos tipos diferentes de taladrinas, que en realidad son una emulsión aceite-agua, dependiendo de qué propiedades se desee potenciar.

Siendo el agua y el aceite los componentes principales de las taladrinas, también incorporan una larga lista de aditivos, entre los que se destacan los siguientes:

  • Tensoactivos: sulfonatos de sodio y glicoles
  • Inhibidores de la corrosión: aminas, amidas, boratos, nitritos, etc.
  • Humectantes: alcoholes, fosfatos, etc.
  • Antiespumantes: ésteres, siliconas, derivados etoxilados, etc.
  • Biocidas: formoles, fenoles, boro, poliglicoles, etc.
  • Aditivos para operación a alta presión

El consumo de las taladrinas es continuo y periódico, debido a la pérdida de sus propiedades y al consumo neto producido por los derrames y los arrastres con las piezas.

El uso continuado de las taladrinas hace que sus propiedades vayan mermando debido a las altas temperaturas alcanzadas durante el mecanizado de metales, los componentes más volátiles se evaporan.

Las pérdidas de taladrinas producidas por los derrames, el arrastre con las piezas, etc. se unen a las aguas residuales generadas en la planta y forman el efluente conocido como “aguas aceitosas”.

Por otro lado, los baños de taladrinas se van contaminando a medida que aumenta su utilización (con impurezas metálicas) y también están sometidos a procesos de degradación microbiológica; por todo ello, es necesaria su reposición periódica y se generan unos residuos líquidos llamados “taladrinas agotadas”.

En aquellas empresas que tienen un gran consumo de taladrinas, existen unidades de recuperación de taladrinas que, después de un proceso de separación de limaduras y virutas metálicas, se consigue alargar un poco más la vida útil del baño de taladrinas.

Es así que los procesos que utilizan taladrinas generan unos efluentes tóxicos e irritantes que contienen metales pesados, biocidas, productos de descomposición de naturaleza tóxica, etc. que hacen que la normativa europea los catalogue como residuos peligrosos y que no puedan ser evacuados a la red pública de alcantarillado por los graves problemas que causaría en las instalaciones de depuración.

La mayoría de los procesos convencionales utilizados en el tratamiento de las taladrinas deben ser revisados y actualizados debido, principalmente, a dos factores.

Por un lado, la legislación en materia de vertidos es cada vez más estricta y restrictiva. Y, por el otro lado, cada vez se hacen patentes más dificultades para un tratamiento efectivo.

Estas dificultades tienen su origen en el cambio reciente de la formulación de las taladrinas, que, en detrimento de las emulsiones de aceite, han pasado a ser de naturaleza sintética, siendo mayor la dificultad de la ruptura de la emulsión y así, también de la separación de la fracción oleosa de la taladrina.

Además de las taladrinas, las aguas residuales generadas en las actividades del sector metal-mecánica también presentan sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos y tensioactivos.

¿Qué tratamiento es el más adecuado para las taladrinas?

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Tratamientos de taladrinas

Existen diferentes métodos de tratamiento de estos efluentes, los cuales se pueden clasificar en si son destructivos o no destructivos.

Entre los métodos no destructivos se encuentran el tratamiento químico, el tratamiento mediante membranas y la evaporación. Y entre los métodos destructivos se hallan el tratamiento biológico, la incineración y los procesos de oxidación avanzados (oxidación húmeda y oxidación con agua supercrícita, OASC).

A continuación, se analizan por separado las diferentes alternativas de tratamiento:

Proceso químico

Es uno de los tratamientos más utilizados en el siglo pasado puesto que la base es muy conocida y es fácilmente escalable en un amplio rango de caudales a tratar.

La filosofía del tratamiento se basa en la neutralización de las cargas superficiales con el fin de romper la emulsión.

Tradicionalmente, esto se ha conseguido mediante la adición de ácidos inorgánicos como sulfúrico o clorhídrico y sales tales como cloruro sódico, cloruro cálcico, sulfato férrico, cloruro de hierro y de magnesio y sulfato de aluminio. La adición de una cantidad suficiente de catión da lugar al proceso de desemulsificación.

No obstante, en la formulación de las taladrinas se ha buscado obtener productos más estables para resistir el ataque de los cationes liberados en los procesos de corte y mecanizado de metales que tienden a romper la emulsión.

Esto se ha obtenido mediante la dosificación de agentes emulsionantes y dispersantes, lo que ha llevado a que el tratamiento de las taladrinas sea más difícil mediante este tratamiento.

Una variante a la adición de sales inorgánicas para la ruptura de la emulsión es la utilización de polímeros. El principio es el mismo, los polímeros con cationes de gran carga tienen por objetivo desestabilizar las cargas negativas de las gotas de aceite.

El resto de contaminantes presentes en las aguas residuales que acompañan a las taladrinas también pueden ser eliminados en este proceso, aunque en función de la composición exacta del efluente el proceso físico-químico debe ser adaptado.

Tratamiento mediante membranas

Las membranas utilizadas son las de ultrafiltración, puesto que las de microfiltración no presentan una capacidad de retención adecuada y las de nanofiltración y ósmosis inversa se ensucian fácilmente con los compuestos orgánicos de elevado tamaño molecular.

Mediante la ultrafiltración se han conseguido buenos resultados trabajando a baja presión, aunque hay ciertas condiciones de operación que las membranas no toleran, como es el caso de la temperatura moderada-alta (superior a 60 ºC), valores de pH extremos, elevada cantidad de sólidos, grandes cantidades de aceites no emulsionados, presencia de disolventes, etc.

Además, no se debe perder de vista que aquellas moléculas de bajo peso molecular pueden atravesar fácilmente la membrana de ultrafiltración.

Evaporación al vacío

La evaporación al vacío permite el tratamiento efectivo de aquellos efluentes en los que los métodos convencionales no son una solución.

Se trata de una tecnología sencilla, robusta y madura que permite el tratamiento de las aguas aceitosas con una gran eficacia y que se adapta fácilmente a variaciones tanto en el volumen como en la concentración del efluente a tratar.

La tecnología ha evolucionado en las últimas décadas hasta el punto que el consumo energético es moderado y se presenta como una de las alternativas de tratamiento más competitivas.

A esto contribuye tanto la calidad del agua separada como el pequeño volumen de residuos que se genera. En este sentido, se trata de la única alternativa de tratamiento que por sí sola es capaz de reducir el volumen de efluente hasta cantidades muy reducidas sin la necesidad de procesos complementarios.

Tratamiento biológico

Debido a la inclusión en la formulación de las taladrinas de agentes antimicrobianos que permitan que el producto no sea degradado por la acción microbiológica, como es el caso de derivados del boro, fenoles, formoles y poliglicoles, el tratamiento biológico como único tratamiento de esta agua residuales no es altamente efectivo.

Para conseguir rendimientos aceptables de depuración es necesario combinar el tratamiento biológico con un proceso previo físico-químico e, incluso, en ocasiones es necesario refinar el efluente tratado mediante tratamientos terciarios.

Incineración

Aunque la incineración de aceites y grasas es factible debido a la energía liberada por su combustión directa, en el caso de las aguas residuales generadas en este tipo de industrias, que presentan una elevada proporción de agua, la incineración de este efluente no es un proceso viable para su tratamiento, a no ser que se preceda de un proceso de evaporación.

Procesos de oxidación avanzados (oxidación húmeda y oxidación con agua supercrítica (OASC)

La oxidación húmeda consiste en un proceso de oxidación en fase acuosa a presiones y temperaturas moderadas-altas (50-200 bar y 100-300 ºC). En estas condiciones es viable el tratamiento de efluentes con elevadas cargas o que contengan compuestos tóxicos que hagan inviables lo tratamientos convencionales.

La oxidación en agua supercrítica se diferencia de la oxidación húmeda en que las condiciones de presión y temperatura superan el punto crítico del agua (221 bar y 374 ºC).

En condiciones supercríticas la eficacia de destrucción de contaminantes es muy elevada incluso con tiempos de reacción reducidos.

Ambas tecnologías presentan una elevada capacidad de destrucción de compuestos refractarios, la OASC mayor que la oxidación húmeda, pero el elevado coste que conlleva su inversión, funcionamiento y mantenimiento hacen que no sea una tecnología competitiva.

Además, una vez oxidados todos los contaminantes orgánicos, sería necesario algún proceso complementario para tratar el resto de contaminantes como pueden ser los metales, etc.

En la siguiente tabla se comparan entre sí las diferentes alternativas de tratamiento de las taladrinas frente a las variables más relevantes a la hora de seleccionar el proceso de tratamiento de un efluente:

Método químicoMembranas ultrafiltraciónProceso biológicoEvaporación al vacíoOxidación húmedaOASC
Proceso maduroNoNo
Eficacia eliminación aceiteVariableMuy elevadaBajaTotalMuy elevadaTotal
Adaptación variación caudal entradaMalaMalaMalaMuy buenaBuenaBuena
Adaptación variación concentración entradaMuy malaBuenaMalaMuy buenaBuenaBuena
Espacio requeridoGrandeBajoModeradoBajoElevadoElevado
Mantenimiento necesarioBajoModeradoBajoBajoAltoAlto
Generación de residuosAltoModeradoModeradoMuy bajoBajoBajo
Consumo de reactivosAltoMuy bajoMuy bajoMuy bajoModeradoModerado
Consumo energéticoBajoBajoModeradoModeradoModeradoModerado
Necesidad tratamiento complementarioNoSí, para el rechazoNo

Conclusiones

Así pues, el sector metal-mecánica comprende un elevado grupo de actividades económicas que tienen en común, entre otras características, que en todas ellas se utilizan taladrinas para facilitar el trabajo cuando se produce un contacto directo entre la pieza mecanizada y la herramienta que se utiliza.

Las taladrinas, que son una emulsión de agua y aceite con una larga lista de aditivos, van perdiendo sus características a medida que son utilizadas y se deben ir reponiendo.

Fruto de su uso, se producen derrames y arrastres que acaban llegando a las aguas residuales y de limpieza.

Para el tratamiento de estos efluentes líquidos, que además de taladrinas también contienen otros contaminantes como sólidos en suspensión, metales varios, elevada conductividad, fosfatos, tensioactivos, etc. no todos los procesos son viables.

Entre los más competitivos se encuentran el tratamiento mediante membranas de ultrafiltración y la evaporación al vacío, si bien este último es el único proceso capaz de tratar el efluente generando una mínima cantidad de residuos que gestionar.

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Día mundial del agua 2018

Condorchem | Dia Mundial del Agua

Desde 1993, el Día Mundial del Agua se celebra anualmente cada 22 de marzo. Declarado por las Naciones Unidas, este día sirve para resaltar la importancia del agua potable y su uso sostenible. El Día Mundial del Agua se centra en un aspecto diferente cada año. En 2018, el tema elegido es ‘Nature for water‘, o como cuidar de nuestra naturaleza como vía más efectiva para la obtención de agua sana para todo el planeta.

En Condorchem Envitech nos queremos sumar a todas aquellas Instituciones, organizaciones no gubernamentales y empresas, que están comprometidas con la difusión de este mensaje y con la concienciación al público de la protección y buen uso de los recursos hídricos.

Los ecosistemas dañados afectan la cantidad y calidad del agua disponible para el consumo humano. En la actualidad, 2.100 millones de personas viven sin agua potable en el hogar, lo cual afecta de forma directa a su salud, educación y medios de vida.

El Objetivo de Desarrollo Sostenible nº 6 de las naciones unidas compromete al mundo a garantizar que todos los seres humanos tengan acceso a agua segura para el año 2030, e incluye objetivos de protección del medio ambiente y de reducción de la contaminación.

El tema de este año, Nature for Water, explora cómo podemos usar la naturaleza para superar los desafíos del agua del siglo XXI.

El daño ambiental, junto con el cambio climático, están agravando las crisis relacionadas con el agua que vemos en todo el mundo. Las inundaciones, la sequía y la contaminación del agua empeoran de forma evidente con la degradación de la vegetación, el suelo, los ríos y los lagos.

Cuando descuidamos nuestros ecosistemas, hacemos más difícil proporcionar a todos el agua que necesitamos para sobrevivir y prosperar.

Las soluciones basadas en la naturaleza tienen el potencial de resolver muchos de nuestros desafíos relacionados con el agua. Necesitamos fomentar mucho más las “infraestructuras verdes”, es decir, cuidar la naturaleza para que ella cuide de nosotros, y armonizarla con las “infraestructuras grises” desarrolladas por la humanidad, siempre que sea posible.

Acciones como la plantación de nuevos bosques, la reconexión de los ríos con las llanuras de inundación y la restauración de los humedales, contribuirán a reequilibrar el ciclo del agua y mejorarán la salud humana y los medios de subsistencia.

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Recuperación de ácido clorhídrico y tratamiento de baños de decapado: Proceso Chemirec®

Recuperación de ácido clorhídrico de aguas de galvanizado y decapado

Una solución innovadora para la recuperación del ácido clorhídrico en residuos líquidos provenientes de procesos de decapado y galvanizado

El proceso Chemirec® ha sido concebido como una solución altamente innovadora para la recuperación del ácido clorhídrico (HCl) a partir de los efluentes de los baños agotados de decapado de metales. El proceso de decapado tiene como objetivo eliminar de la superficie de la pieza metálica los óxidos metálicos, la cascarilla de fabricación, el óxido de recocido y el orín para que queden las piezas perfectamente limpias. La mayoría de las cubas de decapado contienen, inicialmente, ácido clorhídrico diluido al 14-16% en peso. Pero a medida que el baño se va utilizando, la concentración de ácido clorhídrico va disminuyendo, hecho que obliga a realizar adiciones periódicas de ácido para que no decaiga de forma significativa la velocidad de decapado. El sistema se mantiene así hasta que se alcanza el límite de solubilidad del cloruro ferroso (FeCl2) en el propio ácido clorhídrico, momento en el que el baño está agotado y no es posible seguir decapando. El baño agotado contiene una concentración de hierro igual o superior a 140-150 g/L y debe ser renovado por un baño fresco. En aquellos casos en los que la industria realiza procesos de galvanizado en caliente, el baño agotado además de hierro también contiene elevados niveles de zinc (entorno a 25 g/L).

El ácido clorhídrico recuperado de los baños agotados mediante el Proceso Chemirec® se vuelve a utilizar en el mismo proceso de tratamiento de superficies ahorrando así la compra de la mayor parte de esta materia prima. Además, en el proceso se genera sulfato ferroso, el cual es un subproducto que dispone de cierto valor comercial (como fertilizante en horticultura y vinicultura) y cloruro de zinc, el cual se utiliza en el proceso de galvanizado al ser uno de los componentes básicos del fluxante (mezcla de cloruro de amonio y cloruro de zinc).

Si bien es cierto que en el proceso Chemirec® se requiere el consumo de ácido sulfúrico concentrado, el coste económico de este ácido queda ámpliamente compensado con la venta de los nuevos recursos producidos y del ahorro económico en materias primas (ácido clorhídrico y cloruro de zinc) y en gestión de residuos. Así, el balance económico del proyecto es muy positivo y permite recuperar la inversión, como se analizará posteriormente, en un periodo inferior a los 2 años.

La generación de residuos líquidos en procesos de tratamiento de superficies metálicas: procesos de decapado y galvanizado.

La economía verde aparece como una nueva economía baja en carbono, basada en la gestión eficiente de los recursos, la minimización de la cantidad de residuos generados y la potenciación de los productos y procesos productivos respetuosos con el medio ambiente. Frente a estos retos, la industria siderúrgica está llamada a desempeñar un papel protagonista en el corazón de la economía verde. De acuerdo con los datos publicados por la American Galvanizers Association (AGA), solamente las más de 1000 plantas representadas por esta asociación generan más de 500.000 Tm/año de residuos líquidos que deben ser tratados. Una gran parte de estos residuos líquidos procedentes de procesos de decapado de industrias de tratamiento de superficies metálicas, contienen elevados niveles de zinc, lo que incrementa su carácter contaminante a la vez que reduce el abanico de posibles tratamientos.

Además de generar una gran cantidad de aguas residuales, la industria de tratamiento de superficies metálicas consume una elevada cantidad de reactivos químicos en procesos como el decapado, que proceden de la explotación directa de recursos naturales.

De acuerdo con el concepto de la economía circular, la industria siderúrgica, y en especial la industria galvanizadora, debe hacer una apuesta firme por minimizar al máximo los residuos generados a la vez de reducir el consumo de recursos naturales como materia prima. Y es en esta línea, en la que el proceso Chemirec®, patentado y desarrollado por Condorchem Envitech, supone una tecnología innovadora que permite transformar los residuos generados en materias primas para el propio proceso, así como reducir notablemente el consumo de recursos naturales y las emisiones de CO2.

La aparición de una solución como Chemirec® permite que la industria del tratamiento de superficies metálicas sea ambientalmente sostenible a la vez que económicamente competitiva, dos factores que van más estrechamente ligados bajo el concepto de economía circular: transformación de los residuos en recursos, reutilización de materias primas y utilización de energía sostenible.

Funcionamiento del Proceso Chemirec® y tecnologías utilizadas: cristalizadores y destiladores a membranas

A nivel de operación, el proceso Chemirec® se compone de tres grandes etapas: el pretratamiento, la reacción y la separación.

Recuperación ácido clorhídrico en baños de decapado

La etapa de pretratamiento sólo es necesaria en aquellos casos en los que los baños agotados, procedentes de industrias con procesos de galvanización en caliente, contienen elevados niveles de zinc. El objetivo de esta etapa de pretratamiento es eliminar todo el zinc (95-98%) que haya presente en la solución. De no eliminar el zinc al principio, este metal precipitaría más adelante conjuntamente con el hierro, obteniendo un producto con una compleja salida comercial.

Se ha comprobado que la tecnología más eficiente para separar el zinc presente en el baño es la extracción líquido-líquido mediante una solución orgánica que actúa como agente extractante. Este agente, a su vez, mediante otro proceso de extracción líquido-líquido es regenerado, de modo que el proceso Chemirec® no consume netamente el agente extractante del zinc. Como resultado de la etapa de pretratamiento se obtienen dos corrientes: el baño agotado de decapado libre de zinc y una solución acuosa de cloruro de zinc. Esta solución se devuelve al proceso de galvanizado en el que se consume en la preparación de la corriente de fluxante, el cual es un reactivo formado por cloruro de amonio y cloruro de zinc.

Una vez se ha eliminado el contenido de zinc del baño agotado, o bien el baño no contenía inicialmente zinc, se lleva a cabo la etapa de reacción. Para recuperar tanto el ácido clorhídrico libre como el combinado presente en el baño agotado, se dosifica en un reactor-cristalizador ácido sulfúrico concentrado, el cual reacciona con los iones de hierro divalente presentes en la solución formando sulfato ferroso heptahidratado y ácido clorhídrico. A continuación, reduciendo la temperatura de la solución, se obtienen cristales de sulfato ferroso heptahidratado que se separan fácilmente mediante filtración de las aguas madres. Éstas contienen el hierro divalente que no ha precipitado, parte del ácido sulfúrico —que ha quedado en exceso—  y el ácido clorhídrico formado.

Finalmente, para obtener la separación del ácido clorhídrico formado, la solución se somete a un proceso de destilación por membranas que reduce los requerimientos prácticos para operar con una mezcla de ácido clorhídrico a elevada temperatura. En la etapa de destilación por membranas se obtiene, por un lado, el ácido clorhídrico recuperado, y, por otro lado, un concentrado acuoso que se recircula al reactor para devolver al proceso el hierro divalente y el ácido sulfúrico que no han reaccionado.

Recuperación de materiales valiosos: ácido clorhídrico, cloruro de zinc y cristales de sulfato ferroso

El ácido clorhídrico obtenido, con una concentración del 18-20% —debido al azeótropo que se forma— se consume en el proceso de tratamiento de superficies, generando un ahorro económico al reducir notablemente la compra de reactivos. Así pues, el proceso Chemirec® permite a la industria de tratamiento de superficies, la recuperación y utilización del ácido clorhídrico. Además, en el caso de las industrias galvanizadoras en caliente, el cloruro de zinc producido en la separación del zinc, puede ser reutilizado para la producción de fluxante. Y, finalmente, la producción de sulfato ferroso heptahidratado puede ser vendida al tener valor comercial como fertilizante. El único requerimiento de materias primas del proceso es la adición de ácido sulfúrico, cuyo coste es muy inferior a los beneficios generados por la venta de los productos generados y del ahorro económico de los recursos recuperados y de la gestión de residuos.

Por tanto, y a modo de resumen simplificado, en el Proceso Chemirec® entra un baño agotado y éste se transforma en ácido clorhídrico apto para ser reutilizado, cristales de sulfato ferroso heptahidratado que se comercializan y cloruro de zinc que también se reutiliza de nuevo.

Recuperación de hasta un 98% del ácido clorhídrico inicial

Condorchem Envitech, en una fase preliminar, ha construido una planta piloto basada en el proceso Chemirec® con una capacidad de tratamiento de 200 L/día de baños agotados de decapado procedentes de industrias galvanizadoras. Esta planta piloto ha permitido demostrar exitosamente la viabilidad técnica del proceso y la robustez de la operación. También se ha constatado que el rendimiento experimental obtenido, de recuperación de ácido clorhídrico, ha sido superior al 95% de ácido clorhídrico inicial (libre más combinado) recuperado, lo cual es un resultado excelente.

En una fase posterior, a través del Proyecto LIFE-DIME, Condorchem Envitech ha obtenido financiación europea para la construcción de una planta industrial, con una capacidad de 2 m3/día de baños agotados de decapado procedentes de industrias galvanizadoras, la cual permite demostrar que el proceso probado a escala piloto exitosamente también funciona satisfactoriamente a escala industrial manteniendo e incluso superando —por la mayor automatización del proceso— los mismos niveles de eficacia conseguidos a escala piloto, los cuales se sitúan en torno al 98% de recuperación de ácido clorhídrico inicial (libre más combinado).

Impacto económico y ambiental del Proceso Chemirec®

En una industria galvanizadora con una capacidad de 360 Tm/día de material galvanizado, la cual genera una producción de baños de decapado agotados de unos 24 m3/día, el ahorro económico que puede producir la introducción del proceso Chemirec® sumando el ahorro en la compra del ácido clorhídrico y del cloruro de zinc y el ahorro en la gestión de los residuos, se sitúa alrededor de los 720.000 € anuales. Este ahorro económico tan elevado hace posible recuperar la inversión en la implantación del proceso Chemirec® en un periodo de tiempo inferior a los 2 años, valor que sin duda es muy atractivo.

Además de ser un proceso claramente viable a nivel económico, la derivada ambiental que supone la implantación del proceso Chemirec® es de gran relevancia. Por un lado, se dejan de producir unas 5.500 Tm/año de residuos y se reduce la compra de materias primas en unas 5.000 Tm/año, lo cual genera un elevado ahorro en las emisiones de CO2 al reducir el transporte de 11.500 Tm/año de mercancías. Por otro lado, el 43% de la producción mundial de zinc se destina a la industria galvanizadora, por lo que la recuperación y posterior reutilización del zinc de los baños de decapado en el proceso de galvanización no sólo supone el ahorro en la compra de materia prima, sino también una reducción en la extracción de recursos naturales.

Valoración general del Proceso Chemirec®

Así pues, tal y como se ha expuesto, el Proceso Chemirec®, patentado y desarrollado por Condorchem Envitech, supone una excelente oportunidad para las industrias de tratamiento de superficies no sólo de mejorar su balance de resultados sino de consolidar una necesaria y ambiciosa política ambiental y en materia de sostenibilidad. En un futuro a medio plazo, sólo aquellas compañías que sean sostenibles desde un punto ambiental, también podrán ser sostenibles a nivel económico.