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VII Jornadas Técnicas de Medio AmbienteEUROSURFAS

La vitrificación, una tecnología apropiada para la valorización de

residuos en la industria de tratamiento de superficies.

PorXavier Elias

Director de la Bolsa de Subproductos de CataluñaBarcelona, 17 de noviembre de 2011

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:

• Estar compuestos de hidróxidos de metales pesados.

• Tener una capacidad de lixiviación alta.

NOCIÓN DE VITRIFICACIÓNEl proceso, de forma resumida, consiste en mezclar:

• Un formador de vidrio, el cuarzo es el más habitual, aún que puede ser el boro o el fósforo.

• Un modificador del retículo, formado por el flujo fundente, a los que pueden añadirse los metales pesados que se desea inertizar.

El conjunto se echa en un horno que se calienta hasta llegar a la fusión total. El enfriamiento brusco colapsa la estructura vítrea y la convierte en un sólido inerte.

Encapsulado Vitrificado. Unión físico-química en la red vítrea

O

Al

Contaminante

SiK

LA PROBLEMÁTICA DE TRATAMIENTO DE ALGUNOS

LODOSLa fase cristalina corresponde a estructuras atómicas ordenadas, con enlaces fuertes (lo que supone resistencia a la lixiviación) y refractariedad y resistencia a la abrasión elevadas.La fase vítrea corresponde a estructuras atómicas desordenadas con enlaces débiles.

Fase vítrea mayoritaria

Fase cristalina mayoritaria

VidrioFibra cerámicaEsmaltes cerámicosGres, porcelanasCerámica estructural, azulejosRefractarios, cementosVitrocerámicasCerámicas sinterizadas

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QUE SE PUEDE VITRIFICAR?La vitrificación es una tecnología concebida para el tratamiento de materia inorgánica, preferentemente:

• En forma de óxidos.

• Sin humedad.

• Cuanto menos carbonatos mejor.

La tabla siguiente refleja la capacidad de vitrificación en función de la tecnología.

Buena parteTrazasMateria orgánica

TodasAlgunasSales

TodosLa mayoríaÓxidos metálicos (*)

Sistema cerrado

(“Cold top”)

Sistema abierto

(Convencional)

(*) Excepto Hg

CONSTITUCIÓN DE LOS VITRIFICADOS

Óxidos formadores de vidrio, o de retículo, tipo RO2(Si, B, P,..).Óxidos modificadores del retículo, que ocupan los intersticios de la red principal, por esto también se conocen como modificadores de retículo ya que debilitan los enlaces. Son del tipo RO (Na, K, Ca, Mg, Pb, Zn, etc.)Óxidos estabilizadores de red. Ayudan a evitar la desvitrificación.

FLUJO BÁSICO RO R2O3 RO2

Plúmbico PbO :1,00 0,9 Al2O3 2,5 SiO2

Plúmbico- alcalinoNa2O+K2O: 0,15CaO :0,40PbO :0,45

0,25 Al2O3 1,50 SiO2

Alcalino- plúmbicoNa2O+K2O : 0,4CaO :0,2PbO :0,4

0,30 Al2O3 1,60 SiO2

Alcalino-Alcalino terreoNa2O+K2O: 0,30CaO :0,20ZnO :0,15BaO :0,10PbO :0,25

0,35 Al2O3 1,75 SiO2

EL PROCESO DE VITRIFICACIÓNLa tabla muestra la gran discrepancia en las temperaturas de puntos de fusión de los principales ingredientes de la mayoría de componentes de un residuos.Ello tiene como consecuencia la emisión de material particulado.

Principio de funcionamiento de un horno de vitrificación

Agua

Mezcla materiaprima triturada

Quemador

Líquido fundido

Chimenea

Quemador parafluidificar

Bóveda radiante

Líquido fundido

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN VITRIFICADOR

• Desde el punto de vista ambiental, los gases de un horno de fusión, deben ser tratados. Siempre contienen material particulado, independientemente de la naturaleza del 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.

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INSTALACIÓN DE VITRIFICACIÓNLa materia prima entra en el horno (a una temperatura que oscila entre 1300 y 1500ºC), transmitiéndose el calor por radiación. Para poder colar los vidrios es necesaria una aportación extra de calor.En los hornos de vidrio, el material es extraído en forma de lámina o de cilindro.En los hornos vitrificados, el vidrio cae sobre agua (operación de fritado).

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE UN HORNO DE

VITRIFICACIÓN CERRADO

El material entra por la parte superior de la bóveda y la propia capa de materia prima hace las veces de “tapa”.Cuando el baño alcanza cierta fluidez se hace conductor.

Cold top

Materiaprima

Vidrio

70

1.500

HORNO DE VITRIFICACIÓN DE EMISIÓN CERO

La foto muestra la alimentación de un horno de “cold top”.El espesor de la capa puede ser tan grande como se quiera.

ASPECTO Y APLICACIONES DEL MATERIAL VITRIFICADO

La forma final del vitrificado dependerá de la manera en que se haya llevado a cabo el enfriamiento:

Fibrado

EnfriamientoAl aire

Echado sobreagua

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VITRIFICACIÓN DE FANGOS DE EDAR

Los fangos de EDAR, con frecuencia tienen cerca del 40% de materia inorgánica.

La caracterización de la fracción residual, después de incinerar o gasificar es compatible con los óxidos vitrificadores.

Se puede hacer grava y/o pavimento.

MATERIA PRIMA PARA ESMALTES Y FRITAS PARA

PISOS Y BALDOSAS.La foto muestra unos colores aplicados sobre las baldosas.

Se pueden cambiar:

• Los colores superficiales.

• Las texturas.

• Las características finales.

VITRIFICACIÓN DE POLVOS CON ARSÉNICO

La foto muestra una serie de baldosas vitrificadas con polvos de arsénico. Éste estáinserto en la matriz química del silicato sin ninguna posibilidad de lixiviar.

Es posible fabricar, como muestra la foto, diferentes formatos y diversos acabados superficiales.

AZULEJOS FABRICADOS CON CENIZAS DE INCINERADORA

La foto muestra un azulejo fabricado íntegramente con residuos.Por el tipo de residuo usado, la porosidad del azulejo es elevada y puede representar un inconveniente para determinadas aplicaciones.La solución consiste en aplicar una capa de polímero (que sinteriza a 200 ºC). La textura, aspecto y prestaciones son iguales a las de un azulejo esmaltado.

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VITRIFICACION DE VIDRIOS DE RAEE

Cada día es mayor la cantidad de residuos de materiales eléctricos y electrónicos, los RAEE, que no encuentran fácil vía de reciclaje.

ASPECTOS ENERGÉTICOSVITRIFICACIÓN EN HORNO DE

ARCOVentajas del sistema eléctrico:

• 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 PLASMAEl 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.

Reactor de Plasma térmico

Antorchageneradorade plasma

CONCLUSIONES

La tecnología de la vitrificación, siempre que se lleve a cabo con los correspondientes conocimientos, es la 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 orgánica y no hay emisiones.• El consumo energético de ambos es semejante, del orden de 1 kW·h/kg de material vitrificado