Evaluación de la minimización de residuos en la planta A
Evaluación de la minimización de residuos en la planta B
Evaluación de la minimización de residuos en la planta C
En 1990, el Departamento de Servicios Sanitarios (DHS) de California encargó un estudio sobre minimización de residuos, Estudio de Auditoría de Residuos: Industria de Trabajo Térmico en Metales, que incluyó la evaluación de una fundición de metales no ferrosos, una planta de tratamiento térmico y una fundición de metales ferrosos. Los objetivos del estudio fueron:
Los resúmenes presentados están en gran medida sin editar y no deben ser tomados como recomendaciones de la USEPA; ellos sólo son suministrados como ejemplos. Además, el enfoque en California incluía más que las alternativas de reducción de residuos; también incluía alternativas de tratamiento que tendrían como resultado una reducción en el volumen de lodo y aguas residuales. Estas recomendaciones también están incluidas en los resúmenes presentados a continuación.
Se puede solicitar las evaluaciones originales a:
Mr. Benjami Fries
California Department of Toxic Substances Control
714/744 P Street
Sacramento, CA 94234-7320
(916)324-1807
Descripción del proceso
Residuos de fundición
Prácticas actuales de minimización
Alternativas futuras para la reducción de residuos
La planta A es una fundición de bronce (SIC 3432) que fabrica accesorios de plomería de bronce. La fundición se construyó en 1971. Los insumos de cobre, plomo, estaño y zinc para las operaciones de fabricación de bronce provienen principalmente de radiadores de automóviles reciclados.
La fundición fabrica 10 a 12 millones de libras al año de accesorios de plomería de bronce. Se usa una aleación de "bronce al plomo semi-rojo", consistente en 79% de cobre, 12% de zinc, 7% de plomo y 2% de estaño. 80% de la materia prima nueva proviene de radiadores usados; el resto proviene de lingotes hechos en México. Estos lingotes con frecuencia no cumplen con las especificaciones, pero se compran para mantener disponible una fuente alternativa de materias primas.
Se usan hornos de inducción tipo canal en la fundición. Cada horno es calentado hasta 1149oC. Existen dos líneas de hornos, pero actualmente sólo está en funcionamiento una. Cada línea consiste de tres hornos de fundición de 450 kw con una capacidad de 10,000 lb dispuestos en paralelo, los cuales alimentan a un horno de retención de 450 kw con una capacidad de 30,000 lb. La función del horno de retención, además de almacenar el metal fundido hasta que esté listo para ser vaciado, es ayudar a homogenizarlo. El producto del horno de retención va a un horno de colada de 17,000 lb, que está equipado con inductores de 50 kw y 200 kw. El horno de colada es un recipiente sellado con una presión de aire positiva que se usa para impulsar el metal fundido del horno al molde. El metal fundido es vaciado en moldes de arena de sílice sobre una faja transportadora de moldes en movimiento. Las colada está en el rango de 15 a 25 lb, dependiendo del tipo de piezas fabricadas. El tiempo de enfriamiento es 18 minutos.
Los moldes usan arenas de sílice finas (#130). Las arenas son traídas desde canteras en Nevada por tren. La arena inicialmente es blanca, pero desarrolla un color negro debido a las altas temperaturas de operación. Durante la fabricación de los moldes se añade arcilla, harina de maíz y polvo de madera.
Para los machos del molde se utilizan arenas gruesas (#55 y #100). Se requiere arena gruesa para permitir que el gas escape. Se añade aceite de linaza como aglutinante, kerosene para evitar que el macho se pegue al metal y harina de maíz para dar resistencia al macho antes de que sea horneado.
Los residuos peligrosos de las operaciones de la fundición incluyen:
Escoria sin procesar
Arena de fundición
Residuos de metal de la colada
Residuos del barrido del piso
Humos de los hornos
Residuos de cámaras de bolsas no incluidas en hornos
Polvo emitido al aire por las operaciones de moldeo
Control de la materias primas
La mayoría de esfuerzos realizados para reducir los residuos se centran en la recuperación de metal y arena. Si bien muchas fundiciones hacen esto en alguna medida, los esfuerzos de la Planta A en las diferentes etapas superan los niveles promedio. La Planta A es una fundición con alto nivel de producción que, para mantenerse rentable, debe generar tan pocos residuos metálicos como sea posible. Debido a las medidas de protección y los consiguientes costos de manejo de residuos, la Planta A también lo ha estado haciendo crecientes esfuerzos en los últimos años para reducir la magnitud de sus residuos. A continuación se documentan sus prácticas en este aspecto.
Escoria sin procesar
La escoria sin procesas proveniente de los hornos es peligrosa debido a los metales
que contiene. Después de su solidificación, se la envía a un molino de bolas que
utiliza bolas de acero dispuestas en cascada para triturar los trozos de escoria.
Luego se la envía a través de un tamiz de malla 8 (8 cables por pulgada). Los
granos de metal de mayor tamaño, que quedan atrapados en el tamiz, son devueltos
al horno para volver a ser fundidos. Los granos de menor tamaño, consistentes de
metal y escoria pasan
a un tamiz de malla 20. Nuevamente, el metal que queda atrapado regresa para
ser fundido, mientras que los granos de menor tamaño pasan a un tamiz de malla
40. El metal que queda atrapado por este tamiz no es fácil de ser fundido
nuevamente. Las finas partículas de metal con capas de óxido en su superficie
tienden a flotar sobre la escoria fundida en el horno y no se funden. Debido
a esto, el metal que queda atrapado en este tamiz es enviado fuera de la planta
a una compañía de recuperación de metales.
El metal que pasa a través de este tamiz de malla 40 es denominado "polvo de
escoria" y es enviado a una fundición en otro lugar. El metal extraído durante
la fusión es convertido en lingotes, los cuales son devueltos a la fundición.
Arena de fundición
Las arenas de fundición pasan por una serie de operaciones de separación para
recuperar tanto arena como metal. Una serie de tamices dejan pasar sólo las
arenas finas que son adecuadas para reciclarlas y enviarlas nuevamente a las
operaciones de moldeo. Los residuos de mayor tamaño son denominados "residuos
de machos" y consisten de trozos y granos de arena gruesa, así como metal.
Estos residuos pasan por tamices vibratorios. Los residuos que no pasan son
enviados a un molino de bolas que tritura los trozos
de arena y luego a un tamiz de malla 8. El "metal del molino de bolas"
que no pasa es enviado a un separador magnético. Allí se separa cualquier
material ferroso presente, que es enviado a una empresa de recuperación. Los
residuos no ferrosos son vueltos a fundir en el horno.
Los residuos que pasan por el tamiz de malla 8 van a un tamiz de malla 20. El
metal del molino de bolas que no pasa es vuelto a fundir. Hasta hace poco, el
"polvo" que pasaba era categorizado como
residuo peligroso o no peligroso según su contenido de metal. Actualmente,
debido a las nuevas restricciones para la disposición en tierra, todo el polvo
es tratado como residuo peligroso y es enviado a una instalación de tratamiento,
almacenamiento y disposición para su estabilización y disposición en un relleno
sanitario. Este servicio cuesta US$300 por tonelada de residuo. La Planta A
genera 3,000 toneladas anuales de polvo de arena de fundición.
Residuos de metal de la colada
Más de la mitad del metal vaciado en un molde no constituye parte útil de la pieza
fundida y debe ser separado de la pieza y vuelto a fundir. Por ejemplo, el canal
hecho de arena que permite que el metal ingrese al molde se llena con metal que no
es en sí mismo parte de la pieza. La parte superior de este canal rellenado es
cónico y se le denomina mazarota. Debajo hay un canal cilíndrico rellenado llamado
cabeza de alimentación. Debajo de la cabeza de alimentación hay otras piezas de metal
extrañas llamadas
piqueras y bebederos. El término "bebedero" también se utiliza genéricamente
para referirse a todas las partes de la pieza fundida que no son útiles.
La mayoría del material de los bebederos se desprende de la pieza fundida durante
el desmoldeo y es separado en la "faja transportadora de clasificación" por
personal de la planta para ser enviado nuevamente al horno. Las piezas fundidas
son enviadas a un gabinete en donde se limpia la superficie de las piezas usando
chorros de acero. Después de esto, se inspeccionan las piezas. Las piezas
rechazadas que no cumplen con las especificaciones de la planta son enviadas a
una inspección
secundaria para determinar la razón de esto. Dicha información es comunicada al
capataz de línea, para que encuentre métodos para reducir el número de piezas
rechazadas en el futuro. Este segundo nivel de inspección no es típico de la
mayoría de plantas y es una parte importante del programa de minimización de
residuos de la Planta A. Si bien la mayoría del metal de una pieza rechazada
puede ser reciclado, parte del metal y de la arena van a parar como residuos.
Las piezas adecuadas son enviadas al cuarto de corte y esmerilado, donde se retira
el metal superfluo y se le envía al horno. Luego las piezas fundidas pasan por
una limpieza a chorro y posteriormente al taller de pulido para una limpieza
adicional. Los operadores inspeccionan las piezas a medida que se trabaja en
ellas. Las piezas defectuosas que no se detectaron en las inspecciones previas
son enviadas al horno. Los operadores del taller de maquinado también examinan
las piezas fundidas y envían las
piezas defectuosas, junto con las virutas y los finos, al horno. Las piezas fundidas
que pasan estas inspecciones van al taller de enchapado para un revestimiento
superficial. Las piezas reciben otra inspección por los operadores que las manipulan.
Las piezas rechazadas debido a un enchapado defectuoso son limpiadas y enchapadas
nuevamente. Si el defecto está en la pieza misma, se la envía al horno. Finalmente,
las piezas fundidas son enviadas al departamento de ensamblado. Incluso en esta etapa
se id
entifican algunas piezas defectuosas y se las envía de regreso al horno o al
departamento de enchapado.
Residuos del barrido del piso
Los residuos metálicos acumulados al barrer el piso del área de hornos son
enviados de regreso a los hornos para volverlos a fundir. Los métodos de recuperación
de metales descritos anteriormente reducen significativamente los residuos de la
planta y sus costos de operación. El beneficio financiero del reciclaje interno
de metales ha demostrado ser aproximadamente tres veces mayor que el de enviar el
metal a una empresa de recuperación externa.
Humos de los hornos
Los humos ricos en óxido de zinc provenientes del metal fundido en los hornos se
recolectan en las cámaras de bolsas. La fundición tiene dos cámaras de bolsas de
63,000 CFM (una para cada línea de hornos), aunque sólo una ha estado en uso en
los últimos años. Si bien el volumen de ventas se ha elevado, la cantidad de
metal alimentado a los hornos se ha reducido como resultado de una mayor eficiencia
de los procesos. Cada cámara de bolsas contiene 6 secciones de bolsas, que son
sacudidas periódicamente.
El polvo de las bolsas es recolectado en sacos de fibra de vidrio y es vendido a
una fábrica de fertilizantes. Esta compañía hace reaccionar la fracción de zinc
en el polvo con ácido sulfúrico para producir sulfato de zinc. El sulfato de zinc
se usa como una aditivo para los fertilizantes de los árboles de almendras.
Residuos de cámaras de bolsas que no están en hornos
La Planta A tiene otros residuos de cámaras de bolsas aparte de los humos de hornos.
El polvo emitido al aire por las máquinas de limpieza a chorro es atrapado en una
cámara de bolsas de 20,000 CFM y luego es enviado para su disposición como residuo
peligroso. El polvo de las operaciones de corte y esmerilado tiene una alto
contenido de metal y es vuelto a fundir. Como se
señaló anteriormente, las partículas pequeñas no se funden fácilmente si sus
superficies están oxidadas. Sin embargo, el polvo del departamento de corte y
esmerilado no está oxidado, por lo que puede ser enviado a los hornos.
El polvo en el aire proveniente de la fabricación de machos es recolectado en una
cámara de bolsas de 3,500 CFM, mientas que el polvo de los silos de almacenamiento
de arena es atrapado en una pequeña cámara de bolsas de 600 CFM. Estos polvos,
que eran originalmente arena limpia, son enviados a rellenos sanitarios para su
disposición como residuos no peligrosos.
Polvo emitido al aire por las operaciones de moldeo
El polvo emitido al aire por las operaciones de moldeo es potencialmente peligroso
debido a su contenido de metal y debido a las regulaciones sobre el total de
partículas suspendidas (TPS) según la Ley de Aire Limpio. El polvo en el aire
proveniente de los moldes de arena es recolectado por otros sistema de control
de emisiones al aire -un "hidrofiltro" que incluye un depurador húmedo y separadores
de ciclón. El aire cargado de polvo es pasado por rodillos Venturi y pasa al
depurador. El aire limpio es
desfogado después de pasar a través de paletas extractoras de neblina. Los líquidos
pasan a un tanque de sedimentación, donde se sedimenta el "lodo" (con la ayuda de
polielectrolictos) y se le retira a través de un sistema de fajas transportadoras
denominado un "arrastrador de lodos" en el fondo del tanque. La faja transportadora
lleva el lodo de manera ascendente fuera del tanque y luego lo vierte en una tolva.
El lodo es reutilizado para fabricar moldes. El agua limpia del tanque de sedimentación
regresa al lavador de gas.
Control de las materias primas
Se han tomado estrictas medidas para impedir que se introduzca aluminio en los
flujos del proceso. Por ejemplo, las latas de bebidas gaseosas están prohibidas
en el área de la fundición. Esto debido a que un contenido de 0.0001% de
aluminio "envenenará" el bronce y causará fugas en los accesorios fabricados
con dicho bronce.
La Planta A ha estado pagando altos costos de manejo de residuos por sus residuos
de arena, especialmente desde la entrada en vigencia de las restricciones sobre
la disposición en tierra de residuos peligrosos. La Planta A genera 3,000
tonelada anuales de residuos de arena. Hasta que las regulaciones mencionadas
entraran en vigencia, 1,000 toneladas eran consideradas peligrosas y su disposición
se hacía en la planta de tratamiento, almacenamiento y disposición a un costo
de US$220 la tonelada o US$200.00
al año. El resto era dispuesto en un relleno sanitario al costo de $50 la
tonelada o $100,000 al año. Estos costos cubren transporte, disposición e impuestos.
Desde la entrada en vigencia de las restricciones, la totalidad de las 3,000 toneladas
anuales de residuos son tratadas como residuos peligrosos y se las envía a la planta
de tratamiento, almacenamiento y disposición. Se requiere la fijación del contenido
de metal antes de la disposición en el relleno, lo que lleva el costo total de manejo
de residuos a $300 la tonelada o $900,000 anualmente.
Para reducir estos costos, la Planta A está examinando opciones de remoción de
tóxicos y recuperación de la arena que espera implementar en el transcurso de
un año. A continuación se describen dichas opciones.
Recuperación térmica de arena
La Planta A planea instalar un horno de recuperación termo-calcinante con una
temperatura de 927oC, al cual se echarán todos los residuos de arena generados
en la planta. El horno quemará los contaminantes orgánicos presentes en las
arenas durante un ciclo de dos horas. Luego la arena será transferida a un
depurador neumático que utiliza una corriente de aire a alta velocidad para
golpear la arena contra una placa. Esta operación ayuda a separar los finos
que no pueden ser reciclados de la parte reutilizable
de la arena. El proceso de separación se completará en un lavador de gas
de ciclón. Se espera recuperar un 80% de los residuos de arena para reutilizarlos
en la fabricación de moldes y machos. Los finos, compuestos por pedazos
fragmentados de arena y arcilla, así como por una fracción metálica, comprenden
el otro 20% de los residuos.
El costo de esta opción es US$600,000. La planta A ya ha solicitado un
permiso de operación.
Eliminación de tóxicos de los finos
La Planta A está examinando dos sistemas para la remoción de tóxicos de los
finos. El primero es un proceso térmico desarrollado por Ceramic Bonding Inc.
de Mountain View, California. Este implica la mezcla de finos con una material
arcilloso de silicato de alúmina y la combustión de la mezcla
a aproximadamente 1093oC. Se produce un material cerámico en el
cual los metales peligrosos están física y químicamente unidos a la matriz de
silicato de alúmina.
El material ha demostrado excelente resistencia a la lixiviación ácida, incluso
en condiciones extremas de pH. El material cerámico puede ser dispuesto como
residuo no peligroso en un relleno sanitario o puede ser comercializado como
agregado ligero para construcción. La adecuación de este material para la
construcción debe investigarse de manera apropiada. Como relleno, puede ser
resistente a la lixiviación, según las pruebas mencionadas. Sin embargo, como
agregado para el concreto, la abrasión existente
durante la preparación de mezclas listas puede romper la superficie de
partículas de cerámicas que impide la lixiviación. Además, pueden existir
otros procesos desconocidos.
La Planta A también está examinando un proceso de fijación a temperatura ambiente
que emplea una mezcla de cemento y silicatos. Este proceso también ha mostrado
buenos resultados en las pruebas de resistencia a la lixiviación ácida. Ambos
sistemas son excepcionales en la medida que parecen fijar confiablemente el cobre
en la arena, lo que muchos otros métodos no pueden hacer. El período de
recuperación de la inversión para la combinación del sistema de recuperación
térmica de arena y de remoción de tóxicos parece ser aproximadamente de un año
Alternativas futuras para la reducción de residuos
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