contaminacion de la industria metalurgica

CONTAMINACIN DE LAINDUSTRIA METALRGICA

R. Marn GalvnJefe de Control de Calidad

EMPRESA MUNICIPAL DE AGUAS DE CRDOBA S.A. (EMACSA)ASOCIACIN ESPAOLA DE ABASTECIMIENTO DE AGUAS Y SANEAMIENTO (AEAS)

CURSO SOBRE INSPECCIN Y CONTROL DEVERTIDOS EN REDES DE SANEAMIENTO

-SE TRATA DE UN SECTOR INDUSTRIAL AMPLIO Y DIVER-SIFICADO QUE CONTEMPLA INDUSTRIAS DE PRODUCCIN DEMATERIALES FRRICOS, MATERIALES NO FRRICOS, INDUS-TRIAS AUXILIARES (AUTOMVIL Y TALLERES MECNICOS),AS COMO EMPRESAS DE METALES PRECIOSOS.

-COMO CARACTERSTICA GENERAL SE TRATA DE PROCESOSQUE SUELEN EMITIR RESTOS DE GRASAS, DETERGENTES,META-LES, CIDOS Y SUSTANCIAS BSICAS.

-SUS VERTIDOS SON POCO BIODEGRADABLES Y CON UNALTO POTENCIAL TOXICOLGICO PARA EL SANEAMIENTO YLAS EDARs (EN GENERAL, PARA EL MEDIO AMBIENTE SI ELVERTIDO DE LA EMPRESA PUEDE IR A CAUCE PBLICO).

-SE CONSIDERARN NUEVE GRUPOS DE INDUSTRIAS:INDUSTRIAS SIDERRGICAS, METALRGICAS DEL Fe, Cu, Au yAl, ACABADO DE SUPERFICIES, TALLERES MECNICOS,INDUSTRIAS DEL AUTOMVIL Y EL SECTOR DE LA JOYERA.


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (I)

-SE CONSIDERA UN SECTOR BSICO POR ABASTECER A OTRASACTIVIDADES INDUSTRIALES VARIADAS.

-LA PRODUCCIN DE PRODUCTOS SIDERRGICOS EN ESPAADURANTE 2.004 ASCENDI A 18,7 MM/TM, SIENDO EL CONSUMODE 21 MM/TM.

-LA PRODUCCIN SE CONCENTRA EN ASTURIAS Y EUSKADI CONUN 65% DEL TOTAL. LAS DOS TECNOLOGAS MS EMPLEADASSON LA DE ALTOS HORNOS Y LA DE FUSIN DE CHATARRA ENHORNO ELCTRICO.

-LAS MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS SON: COQUE, MINERAL DEHIERRO Y CHATARRA. EN LA ACTUALIDAD COBRA CADA VEZ MSIMPORTANCIA LA FABRICACIN DE ACEROS ESPECIALES PARATECNOLOGAS DE VANGUARDIA.

-COMPRENDE VARIOS SUBSECTORES: ACERO INTEGRAL (ALTOSHORNOS), HORNOS ELCTRICOS Y ACEROS ESPECIALES.


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (II)

Produccin de aceros:(1)Altos Hornos.(2)Hornos elctricos. Minifundicin.(3)Fabricacin aceros especiales.

(1)

(2)

(3)


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (III)

(1)FABRICACIN INTEGRAL DE ACERO (ALTOS HORNOS)-Alto horno: fabricacin directa de acero en una cmara en que seintroducen mineral de hierro, carbn o coque y caliza, y se inyectaoxgeno.-Los vertidos producidos provienen de: hornos de coque, zonas delaminacin y decapados. Suelen presentar altos caudales.

-HORNOS DE COQUESus vertidos contienen compuestos cianurados, amonaco, fenoles,cidos, lcalis, aceites y grasas, y residuos slidos como restos deminerales, restos de coque y piedra caliza.Los vertidos mayoritariamente proceden de la torre de enfriamientodonde el coque caliente se lava y se enfra con agua.

En general, los vertidos lquidos generados pueden tratarse me-diante: recirculacin, evaporacin, extraccin con disolventes, des-tilacin, sedimentacin, neutralizacin, flotacin y aeracin.

1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (IV)

Horno de coque:Produccin de vertidos, Caractersticas y depura-cin de los mismos.

(1)(2) (3)


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (V)

-El principal mtodo de depuracin de vertidos de plantas de coquees la recuperacin de subproductos, siendo el ms importante por suvalor econmico el fenol.-Eliminacin de carga biodegradable (DBO5)Se lleva a cabo mediante recirculacin y reutilizacin de aguas paraenfriamiento y similares: reduccin DBO5 hasta 75% de la original.-Recuperacin De SubproductosEn funcin del contenido concreto de cada vertido puedenrecuperarse como subproductos: sulfato amnico, alquitrn, nafta-lina, benceno, tolueno y xileno.El fenol se concentra mediante tratamiento con hidrxido sdico(conversin en fenolato sdico y destilacin, >80% recuperacin) ose elimina mediante tratamiento biolgico (fangos activos o filtracinbacteriana, menos 25 mg/l de contenido inicial).-Eliminacin De BenzolSe realiza mediante separadores por gravedad.-Eliminacin De Aceites En GeneralSe realiza mediante flotacin con inyeccin de aire.


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (VI)

-ZONAS DE LAMINACIN Y DECAPADOS (I)Con estos procesos se consigue manufacturar el acero ya producido,as como limpiarlo de restos de impurezas no deseadas.Estos vertidos contienen fundamentalmente, cantidades importantesde cidos (sulfrico y clorhdrico), presentan pHs cidos e hierro.-(a)NeutralizacinSe lleva a cabo con cal, hidrxido sdico o carbonato sdico (mscaros). Fases: precipitacin de hidrato frrico (pH


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (VII)

-ZONAS DE LAMINACIN Y DECAPADOS (II)-(b)Recuperacin de cido sulfrico (viene pg. Anterior)

CristalizacinEl vertido de decapados se introduce en un calcinador

mediante pulverizacin: se produce la cristalizacin de compuestos de hierro y separacin va gas del HCl. El xido de hierro se recupera del fondo del calcinador y se seca para su posterior proceso de purificacin.-(c)Inyeccin en pozosLgicamente esta prctica se ha abandonado en funcin de lasnormativas medioambientales aplicables actualmente.


1.-INDUSTRIA SIDERRGICA (VIII)

Proceso global en un Alto Horno:Vertidos producidos y depuracin

2.-METALURGIA DEL HIERRO

-SE TRATA DE FUNCIONES DE HIERRO PARA PRODUCIR DIVERSASPIEZAS MOLDEADAS DESTINADAS A ACABADO.-EL VERTIDO PRODUCIDO ES RICO EN LA ARENA EMPLEADA ENLOS MOLDES, CON ALTAS TASAS DE SLIDOS (2,5 a 5,0 g/l).

-EL SISTEMA CONSIGUE ELIMINACIONESDE MS DEL 95% EN SLIDOS


COBRE y DERIVADOS (BRONCE Y LATN)-La actividad consiste en la extraccin y purificacin de cobre, y lafabricacin de laminados, hojas, varillas y tubos de cobre, bronce(cobre y zinc) y latn (cobre y estao).

-Una vez extrado el metal, se funde en hornos obtenindose metalduro que posteriormente pasa a una fase de templado, decapadopara eliminacin de impurezas y costras.

-El proceso de templado se lleva a cabo en hornos de aceite tras locual debe limpiarse el metal antes de su procesado final.

-La limpieza del metal se realiza con cido sulfrico (bao cido, 5-10% en cido) y posteriormente con sulfrico y dicromato potsico(bao abrillantador, 5-10% de cido y hasta 60 g/l de dicromato) que,junto a restos de aceites de corte y enfriado, son los principalesresiduos de esta fase.

3.-METALURGIA DEL COBRE (I)

3.-METALURGIA DEL COBRE (II)

Extraccin de Cobre:

Existe una alta tasa derecuperacin de cobre,como metal o como sul-fato disuelto.

3.-METALURGIA DEL COBRE (III)

0,1-0,5Hierro

Hasta 1,0Cromo

4-40Zinc

5-25Cobre

50-160cido sulfrico

Contenido mg/lComponente

Baos cidos

Hasta 0,5Hierro

10-45Cromo

0,2-35Zinc

6-40Cobre

5-80cido sulfrico

Contenido mg/lComponente

Abrillantados

Los tramientos a aplicar para los residuos producidos son:

-Precipitacin de metales como hidrxidos con adicin de lcalis ocoagulantes (FeSO4).

-Recuperacin de metales mediante intercambio inico.

-Electrolisis para recuperacin o regeneracin de metales.

-Flotacin para eliminacin de aceites y sulfuro de cobre.

4.-METALURGIA DEL ORO


Histricamente se ha empleado Hgpara este proceso, pero hoy est endesuso (alta contaminacin).


5.-METALURGIA DEL ALUMINIO (I)

El procesado de aluminio comprende varias fases:

-EXTRACCIN DE MINERAL (BAUXITA).-TRATAMIENTO DE DIGESTIN CON DISOLUCIN DE CARBONATOSDICO Y CALIZA.-CALENTAMIENTO A PRESIN DE LA MEZCLA.-FILTRADO DEL LQUIDO QUE RETIENE LAS IMPUREZAS.-PRECIPITACIN DE LA ALMINA DISUELTA CON AYUDA DEGRMENES DE NUCLEACIN Y ENFRIADO DE LA DISOLUCIN.-REUTILIZACIN DE LA DISOLUCIN ALCALINA.-PROCESADO DE LA ALMINA MOLIDA EN HORNO ELCTRICO DEANODIZADO.-PROCESADO DEL ALUMINIO PRODUCIDO Y TRANSFORMACINEN PRODUCTO ACABADO (BARRAS, LINGOTES..).

5.-METALURGIA DEL ALUMINIO (II)

El procesado de productosacabados de aluminio implicala limpieza de las piezas y laproduccin de aguas resi-duales de limpiezas que con-tienen: NaOH, cidos sulfricoy ntrico, nquel, Al, metalesresiduales, detergentes..

La depuracin de efluentes seconsigue en general por:

-Ajuste de pH.-Flotacin con aire.-Precipitacin con Ca(OH)2 ycoagulantes.-Intercambio inico.

6.-ACABADO DE SUPERFICIES (I)

-Se ocupan de someter a las piezas metlicas a procesos de limpieza,acabado y proteccin ante el deterioro en el tiempo (oxidacin) paracumplir con los requisitos finales.-La proteccin ante el deterioro se consigue mediante el chapadoproceso electroqumico en que el metal a preservar acta de ctodo yel preservante de nodo. Tambin mediante proceso qumico.-Los residuos producidos pueden ser de dos fuentes: continuos ydiscontinuos, emitindose bajos caudales pero altamente contami-nantes por presencia de cidos, metales, grasas y cianuros.-El caudal vertido puede oscilar entre 1.000 m3/da.-Podemos clasificar las actividades en cinco grandes grupos:

1.-PRETRATAMIENTOS: DESENGRASE, DECAPADOS, PASI-VADOS Y ABRILLANTADOS.2.-ANODIZADOS: OXIDACIN ANDICA DE ALUMINIO.3.-CINCADOS: DEPOSICIN ELECTROLTICA O DIRECTA DEZINC.4.-CROMADOS-NIQUELADOS: DEPOSICIN QUMICA O

ELECTROLTICA DE CROMO O NQUEL.5.-GALVNICOS: DEPOSICIN QUMICA O ELECTROLTICADE METALES, ESPECIALMENTE COBRE.

6.-ACABADO DE SUPERFICIES (II): Vertidos

1.-PRETRATAMIENTOSLa limpieza previa de piezas se realiza con desengrasantes

organoclorados o hidrocarburos, cidos (sulfrico, ntrico) o lcalis(hipoclorito, boratos, cianuros, fosfatos..). Se producen emisiones dezinc, cobre, cromo, boro, cianuros y alta DQO.2.-ANODIZADOS

En la oxidacin con aluminio se usa cido (sulfrico o n-trico). Los vertidos son ricos en sulfatos, nitratos y Al, siendo cidos.3.-CINCADOS

Si es electroltico, pueden emplearse baos alcalinos (cianu-ros), o cidos (clorhdrico, brico, y cloruro potsico y de zinc). Si serealiza con zinc fundido, adems se emplea plomo.4.-CROMADOS-NIQUELADOS

Requieren desengrases cido (sulfrico) o alcalino, enjua-gues, y decapados previos. En los niquelados se usan boratos ysulfatos, mientras que en los cromados se emplean fluoruros,boratos, teniendo los nodos como impurezas plomo y antimonio.5.-GALVNICOS

En medio cido se emplea slfrico. En medio bsico,cianuros, adems de carbonatos y tartratos.

6.-ACABADO DE SUPERFICIES (III): Depuracin

A)CIANUROSSe lleva a cabo por cloracin (cloro o hipoclorito) previo

ajuste de pH con NaOH o Ca(OH)2 a pH=11. Tambin puedeconseguirse con ClO2, O3, electrolisis, Ca(OH)2-S= y cambio inico.B)CROMO

Primero se reduce el Cr6+ a Cr3+ con NaHSO3, SO2 o sulfatoferroso, a pH

2,51,530040508,0Depurada

20419.5001.0006003,0Original

ZincCobreDQOGrasasSlid.pH

6.-ACABADO DE SUPERFICIES (IV): Ejemplo

El sistema estimplantado en unafactora de trans-formados de Cu,con unos 100 m3al da de vertido.Al final existe trata-miento de fangosva filtro prensa.

Sector que aglutina amplia diversidad de actividades. En ellos sepueden llevar a cabo actividades de calderera, fundicin, perfilado,torneado, templado, rectificado, soldadura, desengrasado, pintura..Podemos considerar las siguientes actividades:

-TALLERES DE MANUFACTURA, CONFORMACIN Y REPARACINDE PIEZAS Y ELEMENTOS METLICOS.-EMPRESAS AUXILIARES DEL SECTOR DE AUTOMOCIN.-EMPRESAS AUXILIARES DEL SECTOR DE ELECTODOMSTICOS.-EMPRESAS AUXILIARES DEL RAMO DE LA CONSTRUCCIN.

Todas estas actividades comparten en comn el empleo de metalestanto frricos como no frricos, desengrasantes, detergentes.., y laposibilidad de emisin de cargas contaminantes altas, y pocobiodegradables en las EDARs, bien en continuo o en discontinuo.

Como materias primas se emplean: chapas o bobinas metlicas,aceites de corte, taladrinas, desengrasantes, detergentes, disol-ventes clorados o no, y aditivos para limpiezas.

7.-TALLERES MECNICOS (I)

Con volmenes de vertido generados que oscilan fuertemente segnactividad concreta y entidad de la empresa, y que pueden variar entre500 m3/da, se pueden agrupar los vertidos principalesen varios apartados segn la actividad ejecutada:A)VIBRADO Y GRANALLADO: Son ricos en aceites de corte (quellevan perfumantes), restos de virutas metlicas (slidos ensuspensin), detergentes, nitrgeno y fsforo y DQO. Presentancolor lechoso.B)DESENGRASADOS Y LIMPIEZAS: Se trata de trabajos previos a lapintura de piezas, siendo vertidos de similares caractersticas a losanteriores, si bien con presencia de cidos o lcalis para limpiezas,as como restos de cromo o nquel empleados en decapados.C)TALADRINAS Y ACEITES: Las taladrinas son residuos peligrosos,que deben gestionarse por gestor autorizado. Los vertidos agotadosde taladrinas tienen alta DQO, N, metales pesados y aceites yproceden de goteos de mquinas, trasiegos o limpiezas.D)DISOLVENTES ORGNICOS: Tambin son residuos peligrosos ydeben tener el mismo tratamiento aplicado a las taladrinas.

7.-TALLERES MECNICOS (II)


7.-TALLERES MECNICOS (III):Tipos de vertidos


20.0002501.00025.00010-11(2)

7.-TALLERES MECNICOS (IV): Depuracin

Los vertidos proceden fundamentalmente de labores de limpieza yenjuagado de superficies y piezas.

A)VIBRADO Y GRANALLADO: La decantacin sin adicin de reac-tivos es poco efectiva. Tambin se puede usar la centrifugacin paraeliminacin de slidos. No obstante, el tratamiento ms eficaz es elde desaceitado (flotacin), seguido de neutralizacin (cal o sosa),coagulacin-floculacin y decantacin. Los lodos puedencompactarse va filtracin y gestionarse como residuos peligrosos.B)DESENGRASADOS Y LIMPIEZAS: Se puede emplear tratamientofisicoqumico similar al anterior (con desaceitado previo), adems deevaporacin, ultrafiltracin u smosis inversa que eliminan una msalta cantidad de DQO.C)TALADRINAS Y ACEITES: Deben gestionarse por gestor auto-rizado de residuos peligrosos. Requieren flotacin, y centrifugacin,si bien existen equipos de ultrafiltracin y microfiltracin parareutilizacin de aguas en las propias empresas.D)DISOLVENTES ORGNICOS: Se puede aplicar lo dicho antes,aunque se suele aplicar la tcnica de la evaporacin-destilacin.

7.-TALLERES MECNICOS (V): Ejemplos

Para pequeos talleres se emplean:-Arquetas de desengrase-Skimmers de cinta.

8.-INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA (I)


-ES UN SECTOR CLAVE EN LOS PASES DESARROLLADOS, PORS MISMO Y POR LAS INDUSTRIAS AUXILIARES ASOCIADAS.-POSEE ALTO PODER CONTAMINANTE PUESTO QUE SE SITAEN EL SEGUNDO LUGAR POR PRODUCCIN DE RESIDUOS ENNUESTRO PAS, CON MS DE 700.000 Tm/ao.-SEGN DATOS DE LAS C5 DE AEAS, EL VERTIDO OSCILA,DEPENDIENDO DE CASOS CONCRETOS, ENTRE 500m3/da.-LA FABRICACIN DE AUTOMVILES COMPRENDE:A)Produccin de piezas a partir de chapas o bobinas metlicas ascomo de elementos plsticos (Estampado). Requiere soldaduras.B)Limpieza previa y Pintura de elementos. Necesita de varias fasesde lavado antes de la pintura mediante cataforesis, difusin oelectrodeposicin.C)Guarnecido o acabado final de piezas.D)Montaje o ensamblado final del vehculo.

Fase esencial es la del Tratamiento Superficial de Piezas Metlicas.

8.-INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA (II)

TRATAMIENTO SUPERFICIAL DE PIEZAS METLICASSe trata de asegurarse la idoneidad de las piezas para que staspuedan recibir posteriores procesos de pintura, recubrimientos, etc.Comprende varias fases:1)Tratamientos mecnicos: pulido y alisado, que emplean abrasivos,grasas, detergentes, cianuro sdico y fosfatos como abrillantadores.2)Desengrases: emplean agentes alcalinos (sosa, fosfatos, citratos,boratos, trietanolamina, complejantes metlicos..) y detergentes.3)Decapados: se consiguen con cidos (clorhdrico, sulfrico,fosfrico y fluorhdrico).4)Electropulidos del acero: con baos sulfocrmicos y fosfricos.5)Neutralizacin: para eliminar restos cidos o bsicos de piezas.6)Desmetalizados: mecnicos, electrolticos o qumicos. Se empleancianuros, nitrobencenosulfonatos, sosa, sulfitos, cidos, aminas..7)Baos qumicos y electrolticos: disoluciones de Ni, Cr, Zn y Cu.

En medio de todas estas operaciones se insertan varias fases delavados, enjuagados, secados y limpiezas finales, que producenaguas residuales ricas en los contaminantes ya reseados.

8.-INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA (III): Depuracin

LOS PROCEDIMIENTOS Y TCNICAS CONCRETAS DE DEPURA-CIN NO SON DISTINTAS DE LAS YA COMENTADAS EN APAR-TADOS ANTERIORES Y DEPENDEN DEL VERTIDO CONCRETO.

-BAOS DE ACEITES Y GRASASUltrafiltracin, destilacin y reutilizacin.

-METALES Y SLIDOSNeutralizacin y precipitacin mediante coagulacin-floculacin conreactivos qumicos.

-CIANUROSTratamiento mediante cloro o hipocloritos.

-TRATAMIENTO DE LODOSSedimentacin y espesamiento: filtracin, centrifugacin.

-RESIDUOS PELIGROSOSGestin diferenciada mediante Gestor Autorizado.

8.-INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA (IV): Depuracin

9.-JOYERA Y PLATERA (I)SE TRATA DE UN SECTOR QUE PRODUCE PIEZAS Y MANU-FACTURAS DE METALES NOBLES, ORO, PLATA Y PLATINO, APARTIR DE MATRICES O LINGOTES DE METAL PURO O ALEADOS.ES UN SECTOR FUNDAMENTAL DE LA ECONOMA DE LA CIUDADDE CRDOBA, QUE FACTURA DEL ORDEN DEL 40% DE TODA LAPRODUCCIN NACIONAL.LOS VERTIDOS PUEDEN CONTENER CIDOS (HCl, HNO3, H2SO4),CON VALORES DE pH30 mg/l).

EL PROCESO CONSTA DE VARIAS FASES:-MOLDEADO, DESDE LINGOTES O PIEZAS DE METAL BASE

EN CRISOLES DE PEQUEO TAMAO (250 ml DE CAPACIDAD).-DESBASTADO, DE LAS PIEZAS YA MODELADAS MEDIAN-

TE BAOS JABONOSOS, Y POSTERIORMENTE MEDIANTE PULIDOGROSERO EN BAOS CON PEQUEAS ESFERAS DE ACERO.

-ENGARZADO DE PIEZAS, NO GENERA RESIDUOS.-LIMPIEZA FINAL Y ABRILLANTADO, EN BAOS DE ELEC-

TROPULIDO CON DISOLUCIN DE CIANUROS (

9.-JOYERA Y PLATERA (II)

10Cianuros

250Aceites-grasas

250Detergentes

1.500DQO

BIBLIOGRAFA

-Les eaux rsiduaries industrielles. F. Meink, H. Stoof et H. Kohlschtter.Ed. Masson, Pars (1.977).-Manuel de leau. F. N. Kemmer. Ed. Technique et Documentation-Lvoiser. Pars (1.984).-Chemical water and wastewater treatment. H.H. Han and R. Klute. Ed.Springer-Verlag, Darmstad (1.990).-Tratamiento de vertidos industriales y peligrosos. N.L. Nemerow y A.Dasgupta. Ed. Diaz de Santos, Madrid (1.998).-Aguas residuales industriales. Origen, caracterizacin y efectos sobre lasInstalaciones pblicas de saneamiento y depuracin. AEAS, (2.002).-Wastewater Engineering. Treatment and Reuse. Metcalf and Eddy. Ed.McGraw Hill. Boston (2.003).-Fisicoqumica y Microbiologa de los medios acuticos. Tratamiento yControl de Calidad de Aguas. R. Marn Galvn. Ed. Daz de Santos,Madrid (2.003).

Revistas: Tecnologa del Agua, TecnoAmbiente, Equipamientos y Servi-cios Municipales, InfoEnviro, Ingeniera Qumica.

contaminacion de la industria metalurgica

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